Laporan Tugas Akhir BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto 6 D310029

BAB II

DASAR TEORI

2.1 PENGERTIAN ANTENA

Antena adalah perangkat media transmisi nirkabel (wireless) yang

memanfaatkan udara atau ruang bebas sebagai media penghantar. Antena juga

didefinisikan sebagai sebuah atau sekelompok konduktor yang digunakan untuk

memancarkan atau meneruskan gelombang elektromagnetik menuju ruang bebas atau

menangkap gelombang elektromegnetik dari ruang bebas.[1] Dari pengertian antena

tersebut, dapat diketahui ada dua kegunaan antena yaitu:

1) Memancarkan sinyal gelombang elektromagnetik (Transmitter)

Antena merubah energi elektromagnetik terbimbing menjadi gelombang

elektromagnetik ruang bebas (gelombang mikro).

2) Menerima sinyal gelombang elektromagnetik (Receiver)

Antena merubah gelombang elektromagnetik ruang bebas menjadi energi

elektromagnetik terbimbing.

Gambar 2.1. Antena sebagai pengirim dan penerima. [1]

Antena merupakan salah satu komponen penting dalam telekomunikasi radio

untuk dapat menentukan jarak suatu pancaran. Gelombang pemandu yang dipancarkan

berjalan sepanjang jalur transmisi, kemudian diradiasikan menjadi gelombang ruang

bebas. Konsep dasar antena di ilustrasikan seperti gambar 2.2.

7 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

Gambar 2.2 Konsep dasar antena [2]

Antena pengirim mengkonversi energi listrik dari pemancar menjadi

gelombang elektromagnetik, kemudian gelombang tersebut dipancarkan menuju udara

bebas (Free space). Pada sisi penerima, gelombang elektromagnetik dikonversikan

kembali menjadi energi listrik oleh antena penerima.

2.2 GELOMBANG ELEKTOMAGNETIK

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik

dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian dari

gelombang elektromagnetik pada spectrum frekuensi radio. Gelombang

dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ)

memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan (ν) yang ditunjukkan pada

Persamaan 2-1. [1]

λ =

.........................................................................................................(2-1)

dengan: λ adalah panjang gelombang (m)

v adalah kecepatan cahaya (m/s)

f adalah frekuensi (Hz)

Kecepatan (ν) bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa

udara (free space), maka :

8 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

v = c = 3 x 108 m/s ........................................................................................(2-2)

Antena memiliki frekuensi resonansi, sehingga panjangnya tertentu. Bentuk

dasar sebuah antenna adalah antenna 1/2λ (half wave antenna).[3] Antena 1/2λ

merupakan sepotong kawat yang panjangnya:

1/2 (

) = 1/2

( × )

=

meter...............................................................(2-3)

Panjang bahan antena ini adalah panjang listrik atau panjang ruang bebas bagi

antena tersebut (electrical length/free space lenght). Antena terbentang antara tanah

dan udara, antena membutuhkan penyekat terhadap tanah. Udara dan penyekat

menyebabkan efek kapasitif, sehingga mempengaruhi kecepatan rambat gelombang

elektromagnet. Oleh karena itu, panjang antena λ dikoreksi dengan faktor K menjadi[3]:

L = (150

) meter..........................................................................................(2-4)

L disini merupakan panjang mekanik atau panjang fisik antena (physical

lenght). Besar nilai K dapat dilihat pada gambar 2.3, yaitu tergantung pada besar

perbandingan 1/2λ terhadap diameter batang konduktor (bahan antena). Semakin

besar diameter batang konduktor, semakin kecil perbandingan 1/2λ terhadap diameter

batang konduktor, dan semakin kecil nilai K. Pada gambar 2.3 juga digambarkan

hubungan antara diameter batang konduktor dengan resistansi saat resonansi. Semakin

besar diameter batang konduktor, kapasitas bertambah, induktansi berkurang,

resistansi berkurang, factor kualitas (Q) berkurang, dan kurva antenna tajam namun

lebar jalur (bandwidth) semakin lebar. Gambar tentang nilai K adalah sebagai berikut:

Gambar. 2.3 hubungan antara diameter batang konduktor dengan faktor K.[3]

9 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

2.3 SISTEM MODULASI RADIO

Dalam teknik radio dikenal berbagai macam cara modulasi, diantaranya

Amplitudo Modulation (AM) dan Frekuensi Modulation (FM). Untuk Radio biasa

seperti pesawat HF SSB menggunakan modulasi AM, sedangkan untuk pesawat VHF

umumnya menggunakan modulasi FM.

2.3.1. Amplitudo Modulation (AM)

Pada modulasi AM gelombang suara akan menumpang pada carrier yang

berbentuk perubahan amplitudo dari gelombang pembawa seirama dengan gelombang

suara.[4] Dalam modulasi AM, amplitudo dari suatu sinyal carrier, dengan frekuensi

dan phase tetap, divariasikan oleh suatu sinyal lain (sinyal informasi).

Gambar 2.4 Amplitudo Modulation (AM)[4]

Gelombang AM memiliki range jangkauan yang lebih luas dari pada

gelombang Frekuensi Modulation (FM). Hal tersebut dikarenakan gelombang AM

memiliki panjang gelombang yang lebih panjang dibanding gelombang FM. Akan

tetapi dalam perjalanannya mencapai penerima, gelombang akan mengalami redaman

(fading) oleh udara, mendapat interferensi dari frekuensi-frekuensi lain, noise, atau

bentuk-bentuk gangguan lainnya. Gangguan-gangguan itu umumnya berupa variasi

10 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

amplitudo sehingga akan mempengaruhi amplitudo gelombang yang terkirim.

Akibatnya, informasi yang terkirim akan berubah dan mengurangi mutu informasi

yang diterima.

2.3.2. Frequency Modulation (FM)

Pada Frequency Modulation (FM), gelombang suara akan menumpang pada

gelombang pembawa dan mengubah-ubah frekuensi gelombang pembawa seirama

dengan gelombang audio.[4] Modulasi frekuensi dapat didefinisikan sebagai deviasi

frekuensi sesaat sinyal pembawa (dari frekuensi tidak termodulasinya) sesuai dengan

amplitudo sesaat sinyal pemodulasi. Sinyal pembawa dapat berupa gelombang sinus,

sedangkan sinyal pemodulasi (informasi) dapat berupa gelombang apa saja

(sinusoidal, kotak, segitiga, atau sinyal lain misalnya sinyal audio).[5]

Gambar 2.5. Frequency Modulation (FM) [4]

2.3.2.1 Indeks Modulasi FM[5]

Pada modulasi FM, frekuensi sinyal pembawa diubah-ubah sehingga

besarnya sebanding dengan besarnya amplitudo sinyal pemodulasi. Semakin besar

amplitudo sinyal pemodulasi, maka semakin besar pula frekuensi sinyal

termodulasi FM. Besar selisih antara frekuensi sinyal termodulasi FM pada suatu

11 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

saat dengan frekuensi sinyal pembawa disebut deviasi frekuensi. Deviasi frekuensi

maksimum didefinisikan sebagai selisih antara frekuensi sinyal termodulasi

tertinggi dengan terendahnya.

Indeks modulasi FM (mf) merupakan perbandingan antara deviasi frekuensi

maksimum dengan frekuensi sinyal pemodulasi. Indeks modulasi dapat di ketahui

dengan persamaan 2-5.[5]

mf = δ

...................................................................................................(2-5)

dengan: mf adalah indeks modulasi FM

δ adalah deviasi frekuensi maksimum

fm adalah frekuensi maksimum sinyal pemodulasi

Besarnya indeks modulasi FM dapat dipilih sebesar mungkin sejauh

tersedia bandwidth (lebar bidang) untuk keperluan transmisinya. Biasanya besarnya

indeks modulasi ini akan dimaksimalkan dengan cara mengatur besarnya deviasi

frekuensi maksimal yang diijinkan. [5]

2.3.2.2 Lebar bidang untuk FM

Lebar bidang yang dibutuhkan untuk mentransmisikan sinyal FM dapat

diketahui dengan persamaan 2-6.[5]

BW = 2 ( n . fm )......................................................................................(2-6)

Dengan: n adalah nilai tertinggi komponen bidang-sisi.

fm adalah frekuensi tertinggi pemodulasi.

Pada kenyataannya nilai n mencapai tak terhingga, maka secara teoritis

lebar bidang yang dibutuhkan adalah tak terhingga juga. Namun, amplitudo

komponen bidang sisi untuk n yang bernilai besar menjadi tidak terlalu signifikan

sehingga kontribusinya dapat diabaikan. Dengan pertimbangan ini, maka nilai n

yang digunakan untuk menentukan lebar bidang adalah nilai n yang masih

memberikan kontribusi signifikan pada amplitudo komponen bidang sisinya.

Kontribusi yang dapat dianggap signifikan adalah yang memberikan tegangan

sebesar minimal 1% atau – 40 dB. Hal ini dapat dilihat pada tabel 2.1 tabel fungsi

Bessel, misalnya untuk mf sebesar 5 maka jumlah n yang signifikan adalah 8

(sampai dengan J8 , untuk n > 8 diabaikan). [5]

12 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

Tabel 2.1 Tabel Fungsi Bassel[5]

Pada tahun 1938 J.R. Carson menyatakan bahwa untuk mentransmisikan

sinyal termodulasi FM dibutuhkan lebar bidang minimal dua kali penjumlahan

deviasi frekuensi dengan frekuensi maksimum sinyal termodulasi. Selanjutnya hal

ini dikenal dengan Carson’s rule dan dapat dinyatakan sebagai persamaan 2-7. [5]

BW = 2 ( δ + fm ) ....................................................................................(2-7)

dengan δ adalah deviasi frekuensi dan fm adalah frekuensi tertinggi sinyal

pemodulasi.

Federal Communications Commission (FCC) telah mengalokasikan lebar

bidang sebesar 200 kHz untuk siaran FM (disebut FM bidang lebar atau wideband

FM). Deviasi frekuensi maksimum yang diijinkan adalah sebesar δ = ± 75 kHz.

Dengan batasan ini, maka besarnya indeks modulasi juga dibatasi (mulai sebesar mf

= 5 untuk fm=15 kHz hingga sebesar mf=1500 untuk fm=50 Hz). Gambar 2.6

memperlihatkan bidang frekuensi untuk siaran komersial FM. Selain yang telah

dibahas di atas, FCC juga mengalokasikan bidang frekuensi untuk siaran FM

bidang sempit (narrowband FM) sebesar 10 – 30 kHz. Indeks modulasinya dibuat

mendekati satu, sehingga lebar bidang yang diperlukan sama dengan lebar bidang

untuk sinyal AM yaitu hanya sebesar 2 x fm. Contoh FM bidang sempit antara lain

sistem radio mobil untuk polisi, dinas kebakaran, pelayanan taksi, telefon seluler,

radio amatir, dan lain-lain.[5]

13 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

Gambar 2.6 Bidang Frekuensi untuk siaran komersil FM. [5]

2.3.2.3 Kelebihan Modulasi FM

Kelebihan modulasi FM dibandingkan dengan modulasi AM diantaranya

seperti bebas dari pengaruh gangguan udara (noise), lebar pita (bandwidth) yang

lebih besar, dan fidelitas yang tinggi, serta transmisi stereo.

1) Lebih tahan noise

Frekuensi yang dialokasikan untuk siaran FM berada diantara 88 – 108

MHz, dimana pada wilayah frekuensi ini secara relatif bebas dari gangguan baik

atmosfir maupun interferensi yang tidak diharapkan. Jangkauan dari sistem

modulasi ini tidak sejauh, jika dibandingkan pada sistem modulasi AM dimana

panjang gelombangnya lebih panjang. Sehingga noise yang diakibatkan oleh

penurunan daya hampir tidak berpengaruh karena dipancarkan secara LOS (Line Of

Sight).

2) Bandwith yang Lebih Lebar

Saluran pemancar FM memiliki bandwidth sepuluh kali lebih lebar dari

bandwidth saluran pemancar AM. Hal tersebut disebabkan oleh struktur sideband

nonlinear FM yang lebih kompleks dengan adanya efek-efek (deviasi) sehingga

memerlukan bandwidth yang lebih lebar dibanding distribusi linear yang sederhana

dari sideband-sideband dalam sistem pemancar AM. Band pancaran FM terletak

14 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

pada bagian Very High Frequency (VHF) dari spektrum frekuensi di mana tersedia

bandwidth yang lebih lebar dari pada gelombang dengan panjang medium atau

Medium Wave (MW) pada band pancaran AM.

3) Fidelitas Tinggi

Respon yang seragam terhadap frekuensi audio (pada kisaran interval 50 Hz

sampai 15 KHz), distorsi (harmonik dan intermodulasi) dengan amplitudo sangat

rendah, tingkat noise yang sangat rendah, dan respon transien yang bagus sangat

diperlukan untuk kinerja antena yang baik. Pemakaian saluran FM memberikan

respon yang cukup untuk frekuensi audio dan menyediakan hubungan radio dengan

noise rendah. Karakteristik lainnya ditentukan oleh masalah rancangan perangkat.

4) Transmisi Stereo

Alokasi saluran yang lebar dan kemampuan FM untuk menyatukan dengan

harmonis beberapa saluran audio pada satu gelombang pembawa, memungkinkan

pengembangan sistem penyiaran stereo yang praktis.

2.4 STANDARISASI KOMUNIKASI RADIO

Frekuensi-frekuensi band yang telah disepakati secara internasional seperti

pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Frekuensi Band [3]

Frekuensi Band Rentang Frekuensi

Very Low Frequency (VLF) 3 – 30 Khz

Low Frequency (LF) 30 – 300 Khz

Medium Frequency (MF) 300 Khz – 3 Mhz

High Frequency (HF) 3 – 30 Mhz

Very High Frequency (VHF) 30 – 300 Mhz

Ultra High Frequency (UHF) 300 Mhz – 3 Ghz

Super High Frequency (SHF) 3 – 30 Ghz

Extra High Frequency (EHF) 30 – 300 Ghz

Sebagai suatu kesepakatan dalam air-interface dan network telecommunication

standard interoperability, maka digunakan beberapa standar internasional hasil

pertemuan IMT-2000. Seperti pada tabel 2.3.[4]

15 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

Tabel 2.3. Lisensi RF Band.[4]

Band Frekuensi

AM Radio 535 Khz – 1,7 Mhz

Short wave radio 5,9 – 26,1 Mhz

Citizen’s band (CB) radio 26,96 – 27,41 Mhz

Alarm system and garage door openers 40 Mhz

Television channels 2-6 54 - 8 Mhz

Radio Conrolled (RC) aircraft 72 Mhz

RC cars 75 Mhz

FM Radio 88 – 108 Mhz

Television channels 7-13 174 – 220M

Ultra High Frequency (UHF) television 300 Mhz – 3,0 Ghz

Cellular telephones 824 – 849 Mhz

Cordless telephones 900 Mhz

IEEE 802. 11B.802.11g WLAN, and bluetooth

2,4 – 2,4835 Ghz

IEEE 802.11a WLAN Sampai 5,825 Ghz

Dari tabel di atas dapat diketahui bahwa Band Frekuensi yang digunakan untuk

pemancar FM radio adalah dari 88 Mhz sampai 108 Mhz dimana Metoda

pemodulasian digunakan dalam siaran audio dalam pita-pita Very Low Frequency

(VHF) yaitu 30 Mhz sampai 300 Mhz. Adapun perbedaan penggunaan radio komersil

(swasta) dengan radio komunitas dapat diamati pada tabel 2.4.

Tabel 2.4 perbedaan radio komersil (swasta) dengan radio komunitas[6]

Hal Radio Komesil (swasta) Radio Komunitas

Rentang Frekuensi Siaran

88.0-107.6 FM 107.7-107.9 FM

Kuat daya pemancar >= 300 watt < 200 watt atau jangkauan siar 2,5 km

Komersialisasi Boleh mengkomersilkan program siarannya lewat iklan

Tidak boleh mengkomersilkan program siarannya lewat iklan, kecuali iklan produk hasil komunitas tersebut serta iklan layanan masyarakat

16 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

Hal Radio Komesil (swasta) Radio Komunitas

Konten siaran Konten siarannya mengikuti selera pasar mengikuti selera pasar gaya hidup masyarakat kota

Konten siaran bersifat lokal, dari, oleh, untuk, masyarakat setempat.

2.5 PARAMETER ANTENA

Parameter-parameter antenna 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 dan bandwidth antena.

2.5.1. Direktivitas Antena

Directivity dari sebuah antena atau deretan antena diukur pada kemampuan yang

dimiliki antena untuk memusatkan energi dalam satu atau lebih ke arah khusus.[1]

Antena dapat juga ditentukan pengarahanya tergantung dari pola radiasinya. Dalam

sebuah array propagasi akan diberikan jumlah energi, gelombang radiasi akan dibawa

ketempat dalam suatu arah. Elemen dalam array dapat diatur sehingga akan

mengakibatkan perubahan pola atau distribusi energi lebih yang memungkinkan ke

semua arah (omnidirectional). Suatu hal yang tidak sesuai juga memungkinkan.

Elemen dapat diatur sehingga radiasi energi dapat dipusatkan dalam satu arah

(unidirectional).[1]

Direktivitas (D) antena merupakan perbandingan kerapatan daya maksimum

(Pmaks) dengan kerapatan daya rata-rata (Prata-rata). Maka dapat dituliskan pada

persamaan 2-8.[1]

D = (,Ф)

(,Ф) ................................................................................(2-8)

2.5.2. Gain Antena

Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan

antena mengarahkan radiasi sinyalnya, atau penerimaan sinyal dari arah tertentu. Gain

bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt,

17 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang

digunakan untuk gain adalah desibel (dB). [1]

Gain dari sebuah antenna adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil

daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan persamaan 2-9. [1]

G = k.D ............................................................................................................(2-9)

dengan : G adalah Gain (dB)

k adalah faktor efisiensi dari antena (0 ≤ k ≤1)

D adalah Directivity (dB)

Penguatan (Gain) merupakan besaran nilai yang menunjukkan adanya

penambahan level sinyal dari sinyal masukan menjadi sinyal keluaran. Penguatan

bergantung pada keterarahan dan efisiensi. Semakin tinggi keterarahannya maka

semakin besar pula penguatannya.

Gain antena dapat diperoleh dengan mengukur power pada main lobe dan

membandingkan powernya dengan power pada antena referensi. Gain antena diukur

dalam desibel, bisa dalam dBi ataupun dBd. Jika antena referensi adalah sebuah

dipole, antena diukur dalam dBd. “d” di sini mewakili dipole, jadi gain antena diukur

relative terhadap sebuah antena dipole. Jika antena referensi adalah sebuah isotropic,

jadi gain antena diukur relatif terhadap sebuah antena isotropic.

Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum antena

yang diukur dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat dituliskan

pada Persamaan 2-10. [1]

G = ( )

( ) x G (antena referensi).................(2-10)

Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan oleh Persamaan 2-11.

Gt (dB) = (Pt(dBm) – Ps(dBm)) + Gs(dB) .................................................(2-11)

dengan:

Gt adalah Gain total antena.

Pt adalah Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur (dBm).

Ps adalah Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi (dBm).

Gs adalah Gain antena referensi. [1]

18 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

Sama halnya dengan persamaan 2-12 yang diungkapkan bapak sigit[7] yaitu:

GAUT= GREF +((PAUT)-(PREF))................................................................(2-12)

Dengan:

GAUT adalah Gain antena yang akan diukur (dB).

PAUT adalah Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur (dBm).

PREF adalah Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi (dBm).

GREF adalah Gain antena referensi (dB). [7]

Decibel (dB) merupakan satuan gain antena. Decibel adalah perbandingan dua

hal. Decibel ditetapkan dengan dua cara, yaitu:

1) Ketika mengacu pada pengukuran daya.

XdB = 10 log10 (

) ............................................(2-12a)

2) Ketika mengacu pada pengukuran tegangan.

XdB = 20 log10 (

) ............................................(2-12b)

Perlu diketahui 0 dBd = 2,15 dBi

Ada dua jenis parameter penguatan (Gain) yaitu :

1. Absolute gain pada sebuah antena didefinisikan sebagai perbandingan

antara intensitas pada arah tertentu dengan intensitas radiasi yang

diperoleh jika daya yang diterima oleh antena teradiasi secara isotropik.

Intensitas radiasi yang berhubungan dengan daya yang diradiasikan secara

isotropik sama dengan daya yang diterima oleh antena (Pin) dibagi dengan

4π. Absolute gain ini dapat dihitung dengan rumus [7]:

Gain = 4π (,Ф)

...............................................................................(2-13)

2. Relative gain didefinisikan sebagai perbandingan antara perolehan daya

pada sebuah arah dengan perolehan daya pada antena referensi pada arah

yang direferensikan juga. Daya masukan harus sama di antara kedua

antena itu. Akan tetapi, antena referensi merupakan sumber isotropik yang

loss less Secara rumus dapat dihubungkan sebagai berikut[7]:

19 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

Gain = π(,Ф)

() ........................................................................(2-14)

2.5.3. Pola Radiasi Antena

Pola radiasi antena atau pola antena didefinisikan sebagai fungsi matematik atau

representasi grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi dari koordinat. Di sebagian

besar kasus, pola radiasi ditentukan di luasan wilayah dan direpresentasikan sebagai

fungsi dari koordinat directional. Pola radiasi antena adalah plot 3-dimensi distribusi

sinyal yang dipancarkan oleh sebuah antena, atau plot 3-dimensi tingkat penerimaan

sinyal yang diterima oleh sebuah antena. Pola radiasi antena menjelaskan bagaimana

antena meradiasikan energi ke ruang bebas atau bagaimana antena menerima energi.

2.5.3.1 Pola radiasi antena Unidirectional

Antena unidirectional mempunyai pola radiasi yang terarah dan dapat

menjangkau jarak yang relative jauh. Secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan

oleh antena unidirectional digambarkan pada gambar 2.7.[3]

Gambar 2.7 Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional.

20 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

2.5.3.2 Pola Radiasi Antena Omnidirectional

Antena omnidirectional mempunyai pola radiasi yang digambarkan seperti

bentuk kue donat (doughnut) dengan pusat berimpit. Antena Omnidirectional pada

umumnya mempunyai pola radiasi 3600 jika dilihat pada bidang medan magnetnya.

Gambar 2.8 merupakan gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh

antena omnidirectional.[3]

Gambar 2.8. Bentuk Pola Radiasi Antena Omnidirectional

2.5.4. Polarisasi Antena

Polarisasi antena merupakan orientasi perambatan radiasi gelombang

elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu antena dimana arah elemen antena

terhadap permukaan bumi sebagai referensi lain. Energi yang berasal dari antena yang

dipancarkan dalam bentuk sphere, dimana bagian kecil dari sphere disebut dengan

wave front. Pada umumnya semua titik pada gelombang depan sama dengan jarak

antara antena. Selanjutnya dari antena tersebut, gelombang akan membentuk kurva

yang kecil atau mendekati. Dengan mempertimbangkan jarak, right angle ke arah

dimana gelombang tersebut dipancarkan, maka polarisasi dapat digambarkan

sebagaimana Gambar 2.9. [1]

21 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

Gambar 2.9. Bentuk Polarisasi Antena[1]

Ada empat macam polarisasi antena yaitu polarisasi vertikal, polarisasi

horisontal, polarisasi circular, dan polarisasi cross.

2.5.4.1 Polarisasi Vertikal

Radiasi gelombang elektromagnetik dibangkitkan oleh medan magnetik dan

gaya listrik yang selalu berada di sudut kanan. Kebanyakan gelombang

elektromagnetik dalam ruang bebas dapat dikatakan berpolarisasi linier. Arah dari

polarisasi searah dengan vektor listrik. Bahwa polarisasi tersebut adalah vertikal jika

garis medan listrik yang disebut dengan garis E berupa garis vertikal maka gelombang

dapat dikatakan sebagai polarisasi vertikal. Gambar 2.10 menunjukkan polarisasi

vertikal. [1]

Gambar 2.10. Polarisasi Vertikal. [1]

22 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

2.5.4.2 Polarisasi Horisontal

Antena dikatakan berpolarisasi horisontal jika elemen antena horisontal

terhadap permukaan tanah. Polarisasi horisontal digunakan pada beberapa jaringan

wireless. Gambar 2.11. menunjukkan polarisasi horisontal. [1]

Gambar 2.11. Polarisasi Horisontal[1]

2.5.4.3 Polarisasi Circular

Polarisasi circular pernah digunakan pada beberapa jaringan wireless.

Dengan antena berpolarisasi circular, medan electromagnet berputar secara konstan

terhadap antena. Gambar 2.12. menunjukkan polarisasi circular.[1]

Gambar 2.12. Polarisasi Circular[1]

Ada dua jenis turunan pada antena polarisasi circular berdasarkan cara

membuatnya yaitu left hand circular dan right hand circular. Medan elektromagnetik

23 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

pada right hand circular berputar searah jarum jam ketika meninggalkan antena.

Medan elektromagnetik pada left hand circular berputar berlawanan arah jarum jam

ketika meninggalkan antena.

2.5.4.4 Polarisasi Cross

Polarisasi cross terjadi ketika antena pemancar mempunyai polarisasi

horizontal, sedangkan antena penerima mempunyai polarisasi vertikal atau

sebalikanya. Gambar 2.13. menunjukkan polarisasi cross.[1]

Gambar 2.13. Polarisasi Cross[1]

2.5.5. Beamwidth Antena

Beamwidth Adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi

radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe

utama. Besarnya beamwidth di tunjukan pada persamaaan 2-15. [1]

β = ,

. derajat........................................................................................(2-15)

Dengan: β = 3 dB beamwidth (derajat)

f = frekuensi (GHz)

d = diameter antena (m)

Apabila beamwidth mengacu kepada perolehan pola radiasi, maka beamwidth

dapat dirumuskan sebagai persamann 2-16.

β = θ2 – θ1................................................................................................(2-16)

Gambar 2.14. menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu lobe utama (main

lobe, nomor 1), lobe sisi samping (side lobe, nomor 2), dan lobe sisi belakang (back

24 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

lobe, nomor 3). Half Power Beamwidth ( HPBW) adalah daerah sudut yang dibatasi

oleh titik-titik ½ daya atau -3 dB atau 0.707 dari medan maksimum pada lobe utama.

First Null Beamwidth (FNBW) adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main

lobe yang intensitas radiasinya nol. [1]

Gambar 2.14. Beamwidth Antena[1]

2.5.6. Bandwith Antena

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. [1]

Daerah frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja dengan baik

dinamakan bandwidth antena . Misalnya sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah

sebesar fC, namun antena tersebut masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f1

(di bawah fC) sampai dengan f2 (di atas fC), maka bandwidth antena tersebut dapat

diketahui dengan persamaan 2-17. [1]

Bw =

x 100%............................................................................(2-17)

Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan

untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit (narrow band).

Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan definisi rasio

antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.[4]

25 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

2.6 TRANSMISSION LINE

Transmission line adalah bagian yang menghubungkan antara sumber dengan

beban (Load). Contoh gambar transmission line dapat dilihat pada gambar 2.15.

Gambar 2.15. sekema transmission line

Gelombang elektromagnetik merambat di dalam Transmission line, dari

sumber menuju beben, maka ada kondisi yang harus dipenuhi diantaranya seperti

matching yaitu impedansi beban dan saluran harus sama. Kondisi matching juga harus

diperhatikan pada bagian sumber, yaitu impedansi input saluran harus sama dengan

impedansi output sumber.[8]

2.6.1 Impedansi Saluran

Pada frekuensi tiggi tiap daerah pada kabel transmisi memiliki nilai

impedansi yang bereda-beda. Untuk mencapai kondisi transfer daya maksimal, maka

impedansi beban harus sama dengan impedansi saluran. Demikian juga pada bagian

sumper, impedansi output sumber harus sama dengan impedansi input saluran.

2.6.2 Matching Impedance

Jika impedansi saluran tidak sama dengan impedansi beban, maka terjadi

kondisi tidak match. Akibatnya akan terjadi pemantulan gelombang elektromagnetik.

Besar kecilnya gelombang elektromagnetik yang dipantulkan dapat dihitung dari

koefisien pantulan.

Impedansi masukan adalah impedansi yang ditunjukkan oleh antenna pada

terminalnya atau nilai antara tegangan dan arus pada terminal antena atau nilai

perbandingan antara komponen medan listrik dan medan magnet pada suatu titik.

Setiap impedansi antena (ZL) yang dihubungkan dengan saluran transmisi akan

26 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

menghasilkan gelombang pantul dengan koefisien pantulan ρ dan perbandingan

tegangan gelombang berdiri (VSWR) dapat diketahui dengan persamaan 2-18.[3]

ρ = | |

| | =

||

|| =

.......................................... (2-18)

Koefisien pantul dapat juga dihitung atau ditentukan dari nilai impedansi

terminal (ZL) dan impedansi karakteristik saluran transmisi (ZO). Sehingga didapat

persamaan 2-19. [3]

ρ =

.................................................................................................... (2-19)

jika tidak ada pantulan, maka ρ = 0, namun jika semua dipantulkan ρ = 1 atau ρ

= -1. Yang diharapkan adalah ρ = 0 (kondisi tanpa pantulan), artinya semua

gelombang elektromagnetik yang dikirimkan dapat diserap sepenuhnya oleh beban.

Yang paling jelek ketika kondisi ρ = 1 atau ρ = -1, dimana semua gelombang

elekrtomagnetik yang dikirimkan dipantulkan sepenuhnya ke sumber. Hal tersebut

akan berdampak dapat merusak sumber, maupun saluran transmisi, maka dari hal

tersebut proses matching sangat di perlukan.

Impedansi masukan didefinisikan sebagai impedansi sebuah antena pada

terminal masukan, sebagai perbandingan antara besarnya tegangan terhadap arusnya.

Impedansi dari sebuah antena dirumuskan[7]

ZA = RA + jXA ...................................................................................(2-20)

dengan ZA adalah impedansi antena, RA adalah resistansi antena dan XA

reaktansi antena. Impedansi input antena dinyatakan dalam bentuk kompleks yang

memiliki dua bagian yaitu bagian real (R) dan bagian imajiner (X). Bagian real

merupakan resistansi atau tahanan masukan yang menyatakan daya yang diradiasikan

oleh antena pada medan jauh. Sedangkan pada bagian imajiner adalah merupakan

masukan yang menyatakan daya yang tersimpan pada medan dekat antena. Bagian

resistansi masukan terbagi lagi menjadi dua, yaitu resistansi radiasi (Rr) dan loss

resistance (RL). [7]

RA = Rr + RL ...................................................................................(2-21)

Resistansi radiasi adalah resistansi yang digunakan dalam meradiasikan

gelombang elektromagnetik sedangkan loss resistance adalah resistansi yang

menyebabkan berkurangnya power gelombang teradiasi akibat adanya panas. Desain

antena yang baik memiliki nilai resistansi radiasi yang tinggi dan sebaliknya memiliki

27 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

loss resistance yang rendah. Sedangkan kondisi matching terjadi ketika besar

impedansi input antena sama dengan besar impedansi karakteristik saluran transmisi.

2.7 VSWR

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. Sebagai contoh untuk

memaksimumkan perpindahan daya dari antena ke penerima, impedansi antena harus

match. Jika ini tidak dipenuhi maka akan terjadi pemantulan energi yang dipancarkan

atau diterima. Perbandingan level tegangan yang kembali ke pemancar (V-) dan yang

datang menuju beban (V+) ke sumbernya lazim disebut koefisien pantul atau koefisien

refleksi yang dinyatakan dengan simbol “Γ” atau dapat dilihat dengan persamaan 2-22.

Γ =

...........................................................................................................(2-22)

Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik saluran (Zo) dan

impedansi beban/antena (Zl) dapat ditulis dengan persamaan 2-23.[9]

Γ =

...................................................................................................... (2-23)

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 perhitungan VSWR. [9]

VSWR = |Γ|

|Γ| ................................................................................................. (2-22)

Besar nilai VSWR yang ideal adalah 1, yang berarti semua daya yang

diradiasikan antena pemancar diterima oleh antena penerima (match). Batas toleransi

antena bisa dikakan sangat bagus jika nilai VSWR nya 1,1 sampai 1,5. Dari rentang

1,5 sampai 2,0 itu masih bisa dikatakan antena tersebut bagus. Namun jika nilai

VSWRnya di atas (lebih dari) 2,0 antena tersebut tidaklah bagus.

2.8 PROSES PENGUKURAN

Ada beberapa parameter antena yang perlu diukur untuk menunjukan

karakteristik serta kemampuan kerja dari antena yang dirancang, pada tugas akhir ini

28 BAB II

STT Telematika Telkom Purwokerto D310029

Laporan Tugas Akhir

penulis hanya mengukur parameter-parameter yang dapat diukur dengan alat-alat yang

tersedia diantaranya seperti SWR, Impedansi, Pola Radiasi dan Gain. Alat ukur yang

digunakan masih sederhana hanya power & SWR meter dan Spectrum analyzer.

2.8.1 Pengukuran Impedansi dan VSWR

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) dan impedansi input merupakan

parameter yang mengindikasikan kesesuaian dari antenna terhadap saluran

transmisi dan frekuensi kerjanya, sehingga mempengaruhi daya yang diterima.

Pengukuran ini menggunakan Power dan SWR Meter Maldol HS-260S dan dummy

load 50Ω unutuk mendapatkan nilai VSWR dan impedansinya.

Sebelum melakukan pengukuran Impedansi dan VSWR meter, terlebih

dahulu mengukur impedansi beban yang akan digunakan. Penulis menggunakan

dummy load buatan sendiri. Alat ukur yang digunakan yaitu multimeter digital.

Nilai yang diharapkan dari pengukuran sebesar 50 Ω.

2.8.2 Pengukuran Gain

Pengukuran gain dilakukan dengan cara membandingkan antena yang telah

dirangkai dengan gain dari sebuah antena dipole sebagai perbandingan untuk

mendapatkan gain yang maksimal. Gain yang diukur pada frekuensi kerja antena.

Dengan antena dipole 1/2λ sebagai antena referensi dengan Gain 2,15 dB.[7]

2.8.3 Pengukuran Pola Radiasi

Pengukuran pola radiasi dilakukan untuk mengetahui bagaimanakah bentuk

pola radiasi antena omnidirectional yang telah dibuat. Selain hal tersebut yang

terpenting adalah seberapa tepatkah perancangan antena dan sejauh mana antena

yang telah direalisasikan dibuat sesuai harapan. Pengukuran menggunakan dua

antena dimana antena pertama adalah antena omnidirectional 5/8 λ dihubungkan

dengan transmitter sebagai antena pengirim dan antena singgle stick sebagai antena

penerima yang dihubungkan dengan sebuah spectrum analyzer. Penempatan kedua

antenna ini diletakan dalam posisi sejajar dengan ketinggian 140 cm dari lantai dan

jarak 2.5 meter antara kedua antena.