Jaringan NirkabelAntena dan salurantransmisi

Oleh:

Luthfan Hadi Pramono, S.ST, M.T.

STMIK - AKAKOM

Kontrak Pengajaran

• Keterlambatan 15 menit

• Komponen penilaian• Tugas 30 %

• UTS 30 %

• UAS 40 %

Outline

• Saluran Transmisi

• Istilah-istilah yang berhubungan dengan antena dansaluran transmisi

Saluran Transmisi

• Radio Frequency (RF), adalah setiap frekuensi dalamspektrum elektromagnetik yang terkait denganpenyebaran gelombang radio.

• Pemancar yang menghasilkan tanaga RF untukdigunakan pada antena biasanya terletak agak jauh dariterminal antena. Penyambung yang menghubungkanantara antena dan pemancar adalah saluran transmisiRF (RF Transmission Line).

• Gambar berikut menunjukan hub antara Radio, Transmission Line dan antena

Saluran Transmisi cont.

• Saluran transmisi yang sederhana bisa dicontohkandengan bifilar atau twin lead yang terdiri dari duakonduktor yang dipisahkan oleh dielectric atauinsulator.

• Dielectric bisa berupa udara atau plastik seperti yang digunakan untuk saluran transmisi yang flat (datar) yang digunakan pada antena TV.

• Berikut gambar bifilar dan twin lead

Saluran Transmisi - Kabel cont.

• Jika ujung terbuka saluran transmisi kita bengkokkandalam arah yang berlawanan, maka arus akanmenghasilkan medan listrik yang berubahan aliran danmemperkuat satu sama lain sehingga akanmemancarkan dan menyebarkan sinyal pada jarak yang jauh. Sehingga kita memiliki antena pada ujung salurantransmisi.

• Berikut gambar ilustrasi saluran transmisi dari bifilar

Saluran Transmisi - Kabel cont.

• HF (High-Frequency). Adalah gelombang radio yang memiliki frekuensi antara 3 to 30 MHz.

• Untuk frekuensi yang lebih tinggi daripada HF, secaraeksklusif saluran transmisi menggunakan kabel coaxial ("coax", singkatan dari common axis). Kabel Coax memiliki kawat konduktor yang dikelilingi oleh material non-konduktif yang dinamakan dielektrik, atauinsulator.

• Gambar berikut menunjukan Coaxial cable with jacket, shield, dielectric, and core conductor.

Saluran Transmisi - Waveguides cont.

• Pada frekuensi diatas 2 GHz, panjang gelombangtersebut cukup pendek yang memungkinkan untukperpindahan energi secara efisien dan praktis dengancara yang berbeda. Sebuah Waveguide adalah tabungpenghantar yang dilalui energi yang dalam bentukelektromagnetik. Tabung tersebut bertindak sebagaipelindung yang membatasi gelombang dalam ruangtertutup.

• Gambar berikut menunjukkan ilustrasi waveguide

Saluran Transmisi - Waveguides cont.

• Jika sebuah waveguide dibiarkan terbuka padaujungnya, maka akan memancarkan energi radiasi(karena itu, kondisi tersebut bisa digunakan sebagaiantena selain sebagai saluran transmisi).

• Radiasi ini bisa dipertajam dengan melebarkanwavaguide menjadi bentuk seperti sebuah antenaterompet piramida (Pyramidal horn antenna).

• Gambar berikut menunjukkan ilustrasi waveguide menjadi sebuah antenna terompet piramida.

Saluran Transmisi – Connector & adapter cont.• Konektor digunakan pada sebuah kabel untuk terhubung

dengan kabel yang lain atau terhubung ke sebuahkompononen dalam sebuah rantai RF (Radio Frekuensi). Berikut beberapa macam tipe konektor:• BNC connectors• TNC connectors & RP-TNC• Type N• SMA• SMB• MCX• U.FL• MMCX• MC-Card

Saluran Transmisi – Connector & adapter cont.BNC connectors

• BNC (Bayonet Neill Concelman). Dikembangkan th1940an oleh Paul Neill and Carl Concelman.

• BNC secara ideal cocok digunakan untuk ujung kabelmulai dari kabel coaxial miniatur sampai subminiature (RG-58 to RG-179, RG-316, etc.). Konekter BNC banyakditemukan pada peralatan tes dan kabel ethernetcoaxial 10base2.

Saluran Transmisi – Connector & adapter cont.TNC connectors

• TNC (Threaded Neill Concelman). Dikembangkan olehPaul Neill and Carl Concelman, merupakan variasi dariBNC.

• Reverse-polarity TNC (RP-TNC, atau RTNC) Adalahsebuah variasi dari spesifikasi TNC yang memilikiantarmuka ujung yang berlawanan. Hal ini biasanyadidapatkan dengan memasukkan kontak female yang biasanya ditemukan dalam jack ke steker, dan kontakmale yang biasanya ditemukan dalam steker ke jack.

Saluran Transmisi – Connector & adapter cont.Type N

• Ditemukan oleh Paul Neil, konektor ini dikembankanpada saat perang dunia kedua th 1940.

• Konektor ini dapat dipakai sampai pada frekuensi 18 GHz, dan sangat umum digunakan untuk aplikasimicrowave. Konektor ini tersedia untuk hampir semuajenis kabel. Baik steker/kabel dan steker/socket, tahanair, dan menyediakan penjepit kabel yang efektif.

Saluran Transmisi – Connector & adapter cont.SMA

• (Sub Miniature version A), dikembangkan pada tahun1960an. Konektor SMA adalah unit subminiatur yang presisi, yang memberikan kinerja listrik yang baiksampai dengan 18 GHz. Konektor ini berkinerja tinggi, memiliki desain ulir, kompak secara ukuran dan mekanisserta memiliki daya tahan luar biasa.

Saluran Transmisi – Connector & adapter cont.SMB

• (Sub Miniature B), dan merupakan desain yang keduasubminiature. SMB merupakan versi yang lebih kecildari SMA dengan snap-on coupling. Konektor inimenyediakan kemampuan pita lebar (bandwidth) sampai 4 GHz dengan desain konektor snap-on.

Saluran Transmisi – Connector & adapter cont.MCX

• MCX (micro coaxial). Diperkenalkan th 1980an. MCX menggunakan dimensi kontak bagian dalam daninsulator seperti SMB, tetapi memiliki diameter luarcolokan lebih kecil 30% dari SMB. Seri ini menyediakandesainer pilihan yang mempertimbangkan berat danbentuk fisik yang sangat terbatas. MCX menyediakankemampuan pita lebar (bandwidth) sampai 6 GHz dengan desain konektor snap-on.

Saluran Transmisi – Connector & adapter cont.U.FL

• (juga dikenal dgn MHF). Konektor ini kemungkinanadalah konektor gelombang mikro terkecil yang sekarang sedang digunakan secara luas. U.FL/MHF biasanya dipakai untuk menghubungkan mini-PCI radio card ke antena atau konektor yang lebih besar (sepertiN atau TNC) menggunakan kabel tipis yang dikenalsebagai pigtail.

Saluran Transmisi – Connector & adapter cont.MMCX

• MMCX (micro-miniatur coaxial), dikembangkan th1990an, yang juga disebut MicroMate, adalah salahsatu konektor RF yang paling kecil. MMCX adalah serikonektor micro-miniature dengan mekanisme lock-snap yang memungkinkan adanya kemampuan fleksibilitasrotasi 360 derajat.

Saluran Transmisi – Connector & adapter cont.MC-Card

• Konektor ini lebih kecil dan lebih rapuh dari MMCX. Konektor ini mempunyai konektor luar terpisah yang dapat rusak dengan mudah setelah beberapainterkoneksi saja. Adapternya sangat pendek, perangkatmemiliki dua sisi yang digunakan untukmenghubungkan dua kabel atau bagian yang tidakdapat dihubungkan secara langsung. Misalnya, adapter bisa digunakan untuk menghubungkan konektor SMA ke BNC.

Saluran Transmisi – Connector & adapter cont.• Perbandingan konektor

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisi• Input Impedance

• Return loss

• Bandwidth

• Directivity and Gain

• Radiation Pattern

• Beamwidth

• Sidelobes

• Nulls

• Polarization

• Polarization Mismatch

• Front-to-back ratio

• Antenna Aperture

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiInput Impedance

• Untuk efisiensi perpindahan dari energi, impedansi dariradio, antena, dan kabel transmisi yang menghubungkan keduanya harus sama. Pemancar dansaluran transmisi biasanya didesain memiliki impedansi50 Ω. jika antana memiliki sebuah impedansi yang berbeda dari 50 Ω maka akan terjadi ketidakcocokandan pemantulan, kecuali ada tambahan penggunaansirkuit penyetara impedansi.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiReturn loss

• Return loss adalah cara yang lain yang menunjukkanketidakcocokan. Return loss adalah rasio logaritma yang diukur dalam dB yang membandingkan power yang dipantulkan oleh antena (Pr), ke power yang dimasukkan ke dalam antena melalui saluran transmisi(Pi). Berikut persamaan dari return loss:

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiBandwidth

• Bandwidth dari sebuah antena menunjuk pada jarakdari frekuensi Fh (Highest Frequency) - Fl (Lowest Frequency) dimana antena tersebut dapat bekerjasecara baik. Bandwidth antena adalah nilai dari Hz untuk antena yang memenuhi persyaratan tertentu.

• Bandwidth juga bisa didiskripsikan dalam hubunganprosentase Fc (Center Frequency) dari pita. Berikutpersamaan untuk bandwidth.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiDirectivity and Gain

• Directivity adalah kemampuan antena untukmemfokuskan energi dalam arah tertentu ketikamelakukan transmisi, atau untuk menerima energi dariarah yang tertentu sewaktu menerima. Jika sebuahsambungan nirkabel menggunakan lokasi tetap (tidakberubah-ubah) untuk kedua sisi, maka sangatmemungkinkan untuk menggunakan antena directivity untuk memusatkan sorotan radiasi di arah yang diinginkan.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiDirectivity and Gain

• Dalam aplikasi mobile di mana posisi pemancar tidaktetap, sehingga tidak mungkin untuk memprediksidimana posisi memancar yang tepat, sehingga secaraideal sebaiknya sinyal antena menyebar ke segala arah. Untuk kasus seperti ini Antena Omnidirectional diaplikasikan.

• Gain tidak dapat didefinisikan dalam hal kuantitas fisikseperti watt atau ohm, tetapi gain adalah rasio yang tidak berdimensi. Gain digunakan untuk mengacu padaantena standar.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiDirectivity and Gain

• Gain dari antena dalam arah tertentu adalah jumlahenergi yang dipancarkan ke arah tersebut, dibandingkandengan energi antena isotropik yang akanmemancarkan dalam arah yang sama saat dipacudengan daya input yang sama. Antena Isotropikmemancar dengan baik ke segala arah secara sama.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiRadiation Pattern

• Radiation pattern (Pola radiasi) atau antena pattern menggambarkan kekuatan relatif medan yang dipancarkan di berbagai arah antena, pada jarak yang konstan. Pola radiasi adalah pola penerimaan juga, karena juga menggambarkan karakteristik menerimaantena, sebagai konsekuensi timbal balik.

• Pola radiasi berbentuk tiga-dimensi, tetapi biasanyapola radiasi yang dimunculkan merupakan irisan duadimensi dari pola tiga dimensi, di bidang planar horisontal dan vertikal. Pengukuran pola ini disajikanbaik dalam empat persegi panjang atau format polar.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiBeamwidth

• Beamwidth antena ini biasanya dipahami sebagaisetengah daya. Intensitas radiasi puncak ditemukan, dan kemudian didapatkan lokasi dari titik-titik yang berada pada kedua sisi puncak dimana terdapat dayatelah berkurang setengahnya.

• Jarak sudut antara titik setengah daya didefinisikansebagai beamwidth. Setengah daya yang dinyatakandalam desibel adalah -3 dB, sehingga setengah dayabeamwidth kadang-kadang disebut sebagai 3 dB beamwidth. Beamwidth secara horizontal dan vertikalbiasanya diperhatikan.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiSidelobes

• Tidak ada antena yang mampu memancarkan semuaenergi ke satu arah tertentu. Beberapa yang pastiterpancar ke arah lain. Puncak yang lebih kecil inidisebut sebagai sidelobes, biasanya ditentukan dalamdB lebih kecil dari lobus utama. Dalam desain antena, keseimbangan harus dicapai antara gain dan sidelobe.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiNulls

• Dalam pola radiasi antena, null adalah zona dimanadaya radiasi elektifnya adalah minimal. Sebuah null sering memiliki sudut directivity sempit dibandingkandengan main beam. Dengan demikian, null bergunauntuk beberapa tujuan, seperti penekanan sinyal-sinyalyang mengganggu dalam arah tertentu.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiPolarization

• Polarisasi didefinisikan sebagai orientasi medan listrikdari gelombang elektromagnetik. Awal polarisasigelombang radio ditentukan oleh antena. Kebanyakanantena baik secara vertikal maupun horizontal terpolarisasi. Polarisasi transmisi dan antena penerimaharus sama, atau kalau tidak sama akan terjadi kerugianyang sangat besar.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiPolarization Mismatch

• Untuk mentransfer daya maksimum antara pemancardan antena menerima, kedua antena harus memilikiorientasi spasial yang sama, dan polarisasi yang sama.

• Ketika antena tidak sejajar atau tidak memiliki polarisasiyang sama, akan ada pengurangan dalam transfer dayaantara dua antena. Pengurangan dalam pengirimandaya ini akan mengurangi efisiensi dan kinerja sistemsecara keseluruhan.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiPolarization Mismatch

• Ketika antena pemancar dan penerima secara linear terpolarisasi, ketidakcocokan fisik antena akanmenghasilkan kehilangan ketidakseimbangan polarisasi, yang dapat ditentukan dengan menggunakan rumusberikut:

• Dimana θ adalah perbedaan sudut antara kedua antena

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiFront-to-back ratio

• Biasanya sering berguna untuk membandingkan rasiofront-to-back antena directional. Rasio ini adalah rasiodirectivity maksimum antena untuk directivity dalamarah yang berlawanan.

• Misalnya, ketika pola radiasi diplot pada skala dB yang relatif, rasio front-to-back adalah perbedaan dalam dB antara tingkat radiasi maksimum di arah depan dantingkat radiasi di 180 derajat dari radiasi maksimum.

Istilah-istilah yang berhubungandengan antena dan saluran transmisiAntenna Aperture

• "aperture" listrik dari antena penerima didefinisikansebagai penampang antena parabola yang akanmemberikan kekuatan yang sama untuk beban yang cocok. Dapat dilihat bahwa grid parabola memilikiaperture sangat mirip dengan paraboloid solid. Aperture antena sebanding dengan gain. Sebaliknya, aperture untuk antena pemancar juga sama.

Tugas

• join to group Facebook

(Jaringan Nirkabel - B.1.4)

Referensi

• Butler, J, dkk, 2013, Wireless Network in The Developing World Third Edition, http://wndw.net/

• Farahani, S., 2008, ZigBee Wireless Networks and Transceivers, Elsevier.

• Kammer, D., 2002, Bluetooth Application Developer’s Guide: The Short Range Interconnect Solution, Syngress Publishing, Inc.

• Olexa, R., 2005, Implementing 802.11, 802.16, and 802.20 Wireless Networks Planning, Troubleshooting and Operations, Elsevier Inc.

• Wheat, J, dkk, 2001, Designing a Wireless Network, Syngress Publishing, Inc.