32
LAPORAN SKRIPSI BAB II ST3 TELKOM PURWOKERTO 9 13101141 BAB II DASAR TEORI 2.1 Teknologi Jaringan Selular Teknologi jaringan selular berevolusi dari analog menjadi sistem digital dari circuit switching menjadi teknologi packet switching. Evolusi teknologi selular terbagi menjadi beberapa generasi yaitu generasi pertama (1G), generasi kedua (2G/2.5G), generasi ketiga (3G/3.5G) dan generasi terakhir adalah 4G. Teknologi selular generasi pertama masih berbasis teknologi analog tetapi seiring dengan perkembangan dan peningkatan jumlah pengguna telekomunikasi maka teknologi digital mulai diterapkan mulai dari penyandian digital sampai pengguna sirkuit digital untuk mendukung kecepatan dan kehandalan sistem telekomunikasi. Global System for Mobile Communication (GSM) merupakan teknologi 2G yang mengkombinasikan antara teknik Time Division Multiple Access (TDMA) dan teknik Frequency Division Multiple Access (FDMA)[1]. Teknologi telekomunikasi selular modern mulai dari 1G, 2G dan seterusnya memungkinkan komunikasi dua arah secara downlink dan uplink, atau disebut sebagai duplex transmission. Ada dua cara duplex transmission yaitu[1] :

BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 9 13101141

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Teknologi Jaringan Selular

Teknologi jaringan selular berevolusi dari analog menjadi

sistem digital dari circuit switching menjadi teknologi packet

switching. Evolusi teknologi selular terbagi menjadi beberapa

generasi yaitu generasi pertama (1G), generasi kedua (2G/2.5G),

generasi ketiga (3G/3.5G) dan generasi terakhir adalah 4G.

Teknologi selular generasi pertama masih berbasis teknologi

analog tetapi seiring dengan perkembangan dan peningkatan

jumlah pengguna telekomunikasi maka teknologi digital mulai

diterapkan mulai dari penyandian digital sampai pengguna sirkuit

digital untuk mendukung kecepatan dan kehandalan sistem

telekomunikasi. Global System for Mobile Communication

(GSM) merupakan teknologi 2G yang mengkombinasikan antara

teknik Time Division Multiple Access (TDMA) dan teknik

Frequency Division Multiple Access (FDMA)[1].

Teknologi telekomunikasi selular modern mulai dari 1G,

2G dan seterusnya memungkinkan komunikasi dua arah secara

downlink dan uplink, atau disebut sebagai duplex transmission.

Ada dua cara duplex transmission yaitu[1] :

Page 2: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

10 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

1. Frequency Division Duplex (FDD) merupakan

pentransmisian komunikasi secara uplink dan downlink

menggunakan frekuensi yang berbeda. Jarak antara

frekuensi uplink dan downlink disebut dengan duplex

distance.

2. Time Division Duplex (TDD) merupakan pentransmisian

komunikasi secara uplink dan downlink menggunakan

frekuensi yang sama tetapi pada waktu yang berbeda.

Terdapat switch waktu yang sangat cepat antara komunikasi

uplink dan downlink sehingga pada pengguna masih bisa

merasakan komunikasi yang kontinyu.

Sistem GSM menggunakan teknik FDD untuk membedakan

transmisi uplink dan downlink.

2.2 Teknologi Jaringan Selular 3G (WCDMA)[1]

Teknologi WCDMA adalah teknologi radio yang

digunakan pada sistem 3G/UMTS. Teknologi WCDMA sangat

berbeda dengan teknologi jaringan GSM. Pada jaringan 3G

dibutuhkan kualitas suara yang lebih baik, data rate yang semakin

tinggi oleh sebab itu bandwidth sebesar 5 MHz dibutuhkan pada

sistem WCDMA. Posibilitas setiap user untuk mendapatkan

bandwidth yang bervariasi sesuai permintaan layanan user adalah

salah satu keunggulan jaringan UMTS. Teknik diversitas

digunakan untuk meningkatkan kapasitas user downlink, dan

Page 3: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

11 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

karena hanya satu frekuensi yang digunakan, aktifitas frequency

planning yang rumit pada jaringan GSM tidak perlu dilakukan.

Packet data scheduling tergantung pada kapasitas jaringan

sehingga lebih efisien dibandingkan jaringan GSM yang

bergantung pada kapasitas timeslot.

Alokasi frekuensi untuk sistem 3G dibagi menjadi dua yaitu :

Sistem Time Division Duplex (TDD) : Range frekuensi

adalah 1900 MHz – 1920 MHz dan 2010 MHz – 2025 MHz

yang digunakan kedua range tersebut untuk transmisi uplink

dan downlink secara bersamaan.

Sistem Frequency Division Duplex (FDD) : Range

frekuensi adalah 1920 MHz – 1980 MHz untuk transmisi

downlink dan 2110 MHz -2170 MHz untuk transmisi

uplink.

Gambar 2.1. Alokasi Frekuensi pada sistem 3G.

Page 4: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

12 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Salah satu alasan digunakannya sistem FDD dibandingkan

dengan sistem TDD adalah alokasi frekuensi yang dapat

dibagikan oleh operator dengan banwidth 5 MHz pada sistem

FDD lebih banyak sejumlah 12 frequency carrier dibandingkan

dengan sistem TDD yang hanya 7 frequency carrier. Alasan

kedua adalah masalah Harmonic Distortion yang dihasilkan oleh

sistem GSM 900 apabila terdapat colocated site antara sistem

GSM 900 dengan WCDMA TDD. Second Harmonic Frekuensi

Downlink GSM 900 yaitu pada frekuensi 935 – 960 MHz tepat

pada frekuensi WCDMA TDD dan batas bawah WCDMA FDD.

Ditunjukan oleh Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Harmonic Distortion GSM 900 tepat pada

frekuensi WCDMA TDD

Page 5: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

13 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

2.3 Antena

2.3.1 Definisi Antena[7]

Antena didefinisikan sebagai suatu perangkat logam

(misalnya konduktor atau kawat) yang berfungsi meradiasikan

atau menerima gelombang radio. Standar IEEE 145-1983

mendifinisikan antena atau aerial sebagai suatu alat yang

berfungsi untuk meradiasikan dan menerima gelombang radio.

Dalam hal ini juga dapat disebutkan sebagai struktur pengalihan

antara ruang bebas dan media pembimbing, nampak sepeti pada

gambar 2.3[7].

Gambar 2.3. Antena Sebagai Media Transmisi

Page 6: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

14 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Media pembimbing atau saluran transmisi dapat

berbentuk suatu kabel coaxial atau pipa kosong/bumbung

gelombang (waveguide). Media pembimbing ini digunakan untuk

membawa energi electromagnetic dari sumber pancaran

(transmitter) hingga sampai ke antena penerima (receiver).

Antena berfungsi untuk mengubah sinyal listrik menjadi sinyal

elektromagnetik, lalu meradiasikannya (pelepasan energi

elektromagnetik ke udara / ruang bebas). Dan sebaliknya, antena

juga dapat berfungsi untuk menerima sinyal elektromagnetik

(penerima nenrgi elektromagnetik dari ruang bebas) dan

mengubah menjadi sinyal listrik.

2.3.2 Jenis-jenis Antena[7]

Pada Sub-bab ini akan membahas secara singkat

beberapa bentuk jenis antena, yaitu diantaranya adalah antena

kawat, antena aperture, antena microstrip dan antena array.

2.3.2.1 Antena Kawat

Antena kawat sangat akrab bagi orang awam karena

hampir semua terlihat dimana-mana, seperti pada mobil,

bangunan, kapal, pesawat terbang dan sebagainya. Ada berbagai

bentuk antena kawat lurus (dipole), lingkaran dan helix yang

ditunjukkan pada Gambar 2.4[7].

Page 7: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

15 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Gambar 2.4. Konfigurasi Antena Kawat (a) Dipole, (b) Circular

(square) loop, (c) Helix

Antena loop tidak hanya berbentuk lingkaran. Antena

loop juga bisa berbentuk seperti rectangular, square dan ellipse

atau bentuk konfigurasi lainnya. Antena loop lingkaran

merupakan konfigurasi yang paling umum digunakan karena

kesederhanaan dalam konstruksi.

2.3.2.2 Antena Aperture[3]

Pada jenis antena apertur menggunakan teknologi

waveguide (pemandu gelombang). Jenis antena apertur yang

sederhana ini merupakan sebuah waveguide yang dipotong

Page 8: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

16 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

penampangnya dan dibiarkan terbuka. Gambar 2.5

menunjuukkan contoh antena apertur yang berbentuk potongan

waveguide, dengan ujungnya satu tertutup metal dan ujung

satunya terbuka dan terhubung dengan ruang bebas. Sebuah

energi yang masuk ke waveguide melalui konektor kabel koax di

tunjukkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Antena Apertur terbuat dari waveguide

segiempat[3]

2.3.2.3 Antena Microstrip

Antena mikrostrip adalah suatu konduktor metal yang

menempel diatas ground plane yang diantaranya terdapat bahan

dielektrik seperti yang terlihat pada Gambar 2.6. Antena

mikrostrip merupakan antena yang memiliki massa ringan,

mudah difabrikasi, dan dengan sifatnya yang konformal sehingga

Page 9: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

17 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

dapat ditempatkan pada hampir semua jenis permukaan dan

ukurannya kecil jika dibandingkan dengan antena jenis lain.

Karena sifat yang dimilikinya, antena mikrostrip sangat sesuai

dengan kebutuhan saat ini sehingga dapat diintegrasikan dengan

peralatan telekomunikasi lain yang berukuran kecil, akan tetapi

antena mikrostrip juga memiliki beberapa kekurangan yaitu:

bandwidth yang sempit, gain dan directivity yang kecil, serta

efisiensi yang rendah.

Gambar 2.6. Struktur Dasar Antena Mikrostrip[4].

Dengan:

t = Tinggi Patch/Tebal Patch

W = Panjang Patch

L = Lebar Patch

h = Tinggi Substrat/Tebal Substrat

Page 10: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

18 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

εr = Susbtrat Dielektrik

Antena mikrostrip terdiri dari tiga lapisan. Lapisan

tersebut adalah conducting patch, substrat dielektrik, dan ground

plan. Adapun fungsi dari masing-masing bagian dari antena

mikrostrip adalah[6] :

1. Conducting patch

Patch ini berfungsi untuk meradiasikan gelombang

elektromagnetik ke udara, terletak paling atas dari keseluruhan

sistem antena. Patch terbuat dari bahan konduktor seperti

tembaga. Bentuk patch bisa bermacam-macam misalnya

lingkaran, rectangular, segitiga, ataupun bentuk circular ring.

Bentuk patch tersebut terlihat pada Gambar 2.6.

2. Dielectric Substrate

Substrat berfungsi sebagai bahan dielektrik dari antena

mikrostrip yang membatasi elemen peradiasi dengan elemen

pentanahan. Elemen ini memiliki jenis yang bervariasi yang

dapat digolongkan berdasarkan nilai konstanta dielektrik (εr) dan

ketebalannya (h). Kedua nilai tersebut mempengaruhi frekuensi

kerja, bandwidth dan juga efisiensi dari antena yang akan dibuat.

Ketebalan substrat jauh lebih besar daripada ketebalah konduktor

metal peradiasi. Semakin tebal substrat maka bandwidth akan

semakin meningkat, tetapi berpengaruh terhadap timbulnya

gelombang permukaan (surface wave).

Page 11: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

19 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

3. Ground plan

Ground plan berfungsi sebagai ground bagi sistem antena

mikrostrip. Elemen pentanahan ini umumnya memiliki jenis

bahan yang sama dengan elemen peradiasi yaitu berupa logam

tembaga dan berfungsi untuk memantulkan sinyal yang tidak

diinginkan.

Bentuk konduktor bisa bermacam-macam tetapi pada

umumnya yang paling sering digunakan adalah berbentuk persegi

empat dan lingkaran seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Bentuk dasar patch antena[5]

Antena mikrostrip ini mempunyai beberapa keuntungan

apabila dibandingkan dengan antena konvesial lainnya, yaitu[7]:

Page 12: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

20 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

1. Memiliki ukuran yang kecil dan ringan.

2. Dual polarisasi dan dual frekuensi dapat dengan mudah

dibuat.

3. Mudah difabrikasi dan tidak memakan biaya yang besar.

4. Dapat dengan mudah diintegrasikan dengan gelombang

mikro sirkuit terpadu.

Akan tetapi selain kelebihan-kelebihan yang telah diuraikan

diatas, antena mikrostrip juga mempunyai bebrapa keterbatasan,

yaitu[7]:

1. Mempunyai gain yang rendah.

2. Memiliki bandwidth yang sempit.

3. Mempunyai efisiensi yang rendah.

4. Dapat terjadi radiasi yang tidak diinginkan pada feed line-

nya.

5. Timbulnya surface wave (gelombang permukaan).

2.3.2.3.1 Antena Mikrostrip Patch Persegi Panjang

(Rectangular)

Pada antena mikrostrip, penggunaan patch yang paling

umum adalah patch berbentuk persegi panjang (rectangular)

karena mudah untuk dianalisa. Berikut adalah beberapa

perhitungan yang digunakan untuk merancang antena mikrostrip

berbentuk persegi panjang [7][8]:

Page 13: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

21 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Menentukan lebar patch (W) pada persamaan (2.1) :

(2.1)

Dengan :

C : Kecepatan cahaya di ruang bebas yaitu 3×108 m/s

�� : Frekuensi kerja dari antena

�� : Konstanta dielektrik dari bahan substrat

Sedangkan untuk menentukan panjang patch (L)

diperlukan parameter ΔL yang merupakan pertambahan panjang

dari L akibat adanya fringing effect. Pertambahan panjang dari L

(ΔL) tersebut dapat dilihat pada persamaan (2.2)[7][8]:

(2.2)

Dimana h merupakan merupakan tinggi substrat atau tebal

substrat, dan ���� adalah konstanta dielektrik relatif, dapat dilihat

pada persamaan (2.3)[7][8]:

(2.3)

Dengan demikian panjang patch (L) ditunjukan pada

persamaan (2.4):

���� =�� + 1

2+

�� − 1

2��1 +

12ℎ

��

���

�� = 0.412ℎ����� + 0.3� �

�ℎ

+ 0.264�

����� − 0.258� ��ℎ

+ 0.8�

� = �

2. ���

2

�� + 1

Page 14: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

22 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

(2.4)

Dimana ����merupakan panjang patch efektif yang dapat

dilihat pada persamaan (2.5):

(2.5)

2.3.2.3.2 Teknik Pencatuan Saluran Mikrostrip[10]

Dalam proses perancangan antena mikrostrip, teknik

pencatuan juga merupakan hal yang penting. Masing-masing

teknik mempunyai kelebihan dan kekurangan. Teknik pencatuan

antena mikrostrip rectangular dapat dilakukan secara langsung

menggunakan teknik probe coaxial atau dengan menggunakan

microstrip line. Karakteristik antena dan impedansi inputan

dipengaruhi juga oleh teknik pencatuan.

Pada teknik ini, pencatuan dilakukan dengan cara

menghubungkan line pencatuan dengan patch, dimana patch dan

line pencatuan menggunakan bahan yang sama yang difabrikasi

dengan cara di-etching-kan. Saluran transmisi mikrostrip tersusun

ini terdari dua konduktor, yaitu sebuah strip dan lebar w dan

bidang ground plane, keduanya dipisahkan oleh suatu substrat

yang memiliki permitifitas relative �� dengan tinggi h seperti

yang ditunjukan Gambar 2.8. Parameter utama yang penting

� = ���� − 2��

���� =�

2. �������

Page 15: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

23 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

untuk diketahui pada suatu saluran transmisi adalah impedansi

karakteristiknya, �� dari saluran mikrostrip ditentukan oleh lebar

strip w dan tinggi substrat h. Berikut perancangan konstanta

dielektrik dan impedansi karakteristik.

Gambar 2.8. Struktur Microstrip Line[8]

Lebar saluran pencatu (w) tergantung dari impedansi (Z0)

yang diinginkan. Adapun persamaan untuk menghitung lebar

saluran mikrostrip ditunjukkan pada persamaan (2.6).

(2.6)

Dengan nilai B :

(2.7)

��� =2ℎ

��� − 1 − ln(2� − 1) +

�� − 1

2��

�ln(� − 1) + 0,39 −0,61

��

��

� =60��

��√��

; Z0 = Impedansibeban

Page 16: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

24 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Maka dapat dicari karakteristik saluran mikrostrip

dengan ada dua kondisi, seperti yang ditunjukkan pada

persamaan (2.8) dan (2.9).

a. Karakteristik Microstrip Line untuk w/h<1

Konstanta dielektrik relatif

(2.8)

b. Karakteristik Microstrip Line untuk w/h>1

Konstanta dielektrik relatif

(2.9)

Agar memiliki kondisi matching dapat dilakukan dengan

cara menambah transformator �/2. Transformator �/2

merupakan suatu teknik impedance matching dengan cara

memberikan saluran transmisi dengan impedansi ZT diantara dua

saluran transmisi yang tidak match. Panjang saluran transmisi

(lst) transformator �/2 ini seperti pada persamaan (2.10).

(2.10)

��������� =�� + 1

2+

�� − 1

2

⎣⎢⎢⎡

1

�1 + 12ℎ�

+ 0,04 �1 −�

ℎ�

⎦⎥⎥⎤

��������� =�� + 1

2+

�� − 1

2

⎣⎢⎢⎡

1

�1 + 12ℎ�⎦

⎥⎥⎤

� =��

2

Page 17: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

25 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Dimana �� merupakan panjang gelombang bahan

dielektrik nampak seperti pada persamaan (2.11).

(2.11)

2.3.2.4 Antena Array

Banyak aplikasi memerlukan karakteristik radiasi yang

mungkin tidak dicapai oleh elemen tunggal. Yaitu dengan

menggunakan antena yang disusun menurut konfigurasi

geometris dan elektrik tertentu. Susunan antena ini disebut array

(grup antena).

Antena-antena yang disusun menjadi grup/kelompok ini

biasanya antena yang sejenis seperti array dipole, array

waveguide dan array microstrip). Teknik array ini diinginkan

agar menghasilkan radiasi elemen yang maksimum dalam arah

tertentu. Contoh umum dari array ditunjukkan pada Gambar

2.9[7].

�� =��

����������

Page 18: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

26 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

(a)(b)

(c)

Gambar 2.9. Tipe array (a) Dipole Array, (b) Aperture Array,

(c) Microstrip Patch Array[7]

2.3.3 Parameter Antena

Parameter antena merupakan suatu hal yang sangat

penting untuk menjelaskan unjuk kerja sebuah antena. Sehingga

diperlukan parameter antena yang akan memberikan informasi

suatu antena sebagai pemancar maupun sebagai penerima.

Adapun parameter-parameter dari antena adalah lebar pita

(bandwidth), voltage standing wave ratio (VSWR), return loss,

polarisasi, penguatan (gain) dan impedansi masukan.

2.3.3.1 Bandwidth

Bandwidth sebuah antena didefinisikan sebagai rentang

frekuensi di mana kinerja antena yang berhubungan dengan

Page 19: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

27 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola radiasi,

beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss)

memenuhi spesifikasi standar[6]. Pada Gambar 2.10 merupakan

contoh rentang bandwidth yang dihasilkan dari frekuensi rendah

sampai dengan frekuensi tinggi, dengan batas nilai ≤ 2.

2.0

VSWR

f1 f2fc

Bandwidth

Frequency

Gambar 2.10. Rentang frekuensi yang menjadi Bandwidth (f1:

Frequency Low, fc: Frequency Centre, f2: Frequency High)[4]

Pada umumnya kriteria bandwidth antena adalah

besarnya perubahan impedansi antena tersebut terhadap

perubahan frekuensi kerja dari frekuensi tengahnya. Perubahan

impedansi antena biasanya ditunjukkan oleh perubahan harga

VSWR maupun return loss. Jadi, bandwidth antena dapat

Page 20: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

28 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

diartikan sebagai lebar bidang frekuensi untuk VSWR atau return

loss di bawah suatu harga tertentu. Pada pembuatan antena yang

dilakukan kali ini rentang frekuensi yang digunakan adalah dari

1.920 MHz sampai 1.980 MHz dengan nilai frekuensi centre-nya

pada frekuensi 1.950 MHz.

Bandwidth dapat dicari dengan menggunakan persamaan

(2.12)[5] :

(2.12)

Dengan :

BW = Bandwidth, MHz untuk VSWR kurang dari 2:1

t = Ketebalan [(kebanyakan ketebalan papan tersedia dalam

kelipatan 1/32 di (0,794 mm)]

f = Frekuensi Kerja (GHz)

2.3.3.2 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo

gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan

minimum (|V|min) [6]. Pada saluran transmisi ada dua komponen

gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan

tegangan yang direfleksikan atau dipantulkan (V0-). Gambar 2.11

menunjukkan ilustrasi dari gelombang berdiri (standing wave).

�� = 4�� ��

132

Page 21: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

29 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Gambar 2.11. Ilustrasi Gelombang Berdiri (Standing Wave)[7]

Gelombang berjalan sepanjang saluran transmisi

mempunyai dua komponen yaitu arah z positif dan arah negatif.

Arah negatif terjadi karena adanya pantulan akibat beban yang

tidak sesuai dengan impedansi karakteristik saluran (Z0).

Perbandingan amplitudo-amplitudo gelombang yang dipantulkan

terhadap gelombang datang ditentukan oleh impedansi beban

(ZL), perbandingan tersebut dinyatakan oleh suatu bilangan yang

disebut koefisien pantul (Reflection Coefficient) yang

disimbolkan Γ seperti pada persamaan (2.13)[6] :

(2.13)

à = ��

��� =

�� − ��

�� + ��|�|���

|�|���

Page 22: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

30 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Di mana Z0 adalah impedansi saluran lossless (tak

meredam). Koefisien refleksi tegangan memiliki nilai

kompleks, yang mempresentasikan besarnya amplitudo dan fasa

dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika

bagian imajiner dari adalah nol, maka:

Γ=0 : Tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan

matched sempurna

Γ=-1 : Refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung

singkat

Γ = +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam

rangkaian terbuka

Di mana untuk mencari nilai VSWR seperti yang

ditunjukan pada persamaaan (2.14)[6]:

(2.14)

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai

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

baik adalah VSWR ≤ 2. Maka dari itu pada penelitian ini, nilai

VSWR yang diharapkan adalah kurang ≤ 2.

���� = |�|���

|�|��� =

|1 + Γ|

|1 − Γ|

Page 23: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

31 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Nilai VSWR akan sangat dipengaruhi oleh dua hal

yaitu[1] :

1. Perbedaan impedansi saluran transmisi dengan impedansi

beban.

2. Diskontinuitas saluran transmisi yang diakibatkan oleh

bending feeder yang terlalu berlebihan, pemasangan

konektor yang kurang bagus atau terdapat kerusakan pada

feeder itu sendiri.

2.3.3.3 Return Loss

Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari

gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang

yang dikirimkan. Return loss digambarkan sebagai peningkatan

amplitudo dari gelombang yang direfleksikan (V0-) dibanding

dengan gelombang yang dikirim (V0+). Return loss dapat terjadi

akibat adanya ketidaksesuaian impedansi (mismatched) antara

saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena).

persamaan untuk mencari nilai return loss yaitu pada persamaan

(2.15) dan (2.16)[5]:

(2.15)

(2.16)

à =��

��� =

�� − ��

�� + ��=

���� − 1

���� + 1

���������� = 20���10|Γ|

Page 24: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

32 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Dengan menggunakan nilai VSWR ≤ 2 maka diperoleh

nilai return loss berdasarkan persamaan (2.5) adalah ≤ -9,6 dB.

Dengan nilai ini, dapat dikatakan bahwa nilai gelombang yang

direfleksikan tidak terlalu besar dibandingkan dengan gelombang

yang dikirimkan atau dengan kata lain, saluran transmisi sudah

dapat matching. Nilai parameter ini dapat menjadi acuan untuk

melihat apakan antena sudah mampu bekerja pada frekuensi yang

diharapkan atau tidak.

2.3.3.4 Polarisasi

Definisi polarisasi antena adalah orientasi perambatan

radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu

antena dimana arah elemen antena terhadap permukaan bumi

sebagai referensi lain atau polarisasi dari gelombang yang

ditransmisikan oleh antena[4]. Dengan mempertimbangkan jarak,

right angle ke arah dimana gelombang tersebut dipancarkan.

Pada Gambar 2.12 menunjukkan polarisasi antena.

Gambar 2.12. Polarisasi Antena[4]

Page 25: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

33 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Polariasi diklasifikasikan menjadi tiga yaitu, polarisasi

linear, polarisasi circular dan polarisasi elips.

a. Polarisasi Linear

Terjadinya polarisasi linier dikarenakan suatu gelombang

yang berubah menurut waktu pada suatu titik diruang memiliki

vektor medan elektrik (magnet) pada titik tersebut selalu

berorientasi pada garis lurus yang sama pada setiap waktu yang

ditunjukkan pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13. Polarisasi Linier[4]

Polarisasi linear terbagi lagi menjadi dua yaitu polarisasi

horizontal dan polarisasi vertikal. Polarisasi horizontal adalah

polarisasi yang arah perambatan gelombang ke arah horizontal

terhadap permukaan bumi. Sedangkan polarisasi vertikal adalah

polarisasi yang arah perambatan gelombangnya secara vertikal

terhadap permukaan bumi.

Page 26: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

34 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

b. Polarisasi Circular

Polarisasi melingkar (Gambar 2.14) terjadi jika suatu

gelombang yang berubah menurut waktu pada suatu titik

memiliki vektor medan elektrik (magnet) pada titik tersebut

berada pada jalur lingkaran sebagai fungsi waktu.

Gambar 2.14. Polarisasi Melingkar[4]

c. Polarisasi Eliptical

Polarisasi elips pada gambar 2.15 terjadi ketika

gelombang yang berubah menurut waktu memiliki vektor medan

(elektrik atau magnet) berada pada jalur kedudukan elips pada

ruang.

Gambar 2.15. Polarisasi Eliptical[4]

Page 27: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

35 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

2.3.3.5 Penguatan (Gain)

Sebuah gain memiliki keterkaitan dengan kemampuan

antena mengarahkan radiasi sinyalnya dan juga penerimaan

sinyal dari arah tertentu. Gain suatu antena merupakan

perbandingan intensitas radiasi maksimum suatu antena terhadap

intensitas radiasi antena referensi dengan daya input yang sama.

Besarnya gain antena dinyatakan dalam satuan dB terhadap

antena referensi. Dengan menggunakan persamaan Friss akan

diketahui gain dari kedua antena tersebut. Besarnya gain antena

dinyatakan dalam satuan dBi. Persamaan Friss untuk menghitung

nilai gain dapat dilihat pada persamaan (2.17)[7]:

(2.17)

Dimana :

(���)�� = gain antena transmitter (dB)

(���)�� = gain antena receiver (dB)

Pr = receive power (W)

Pt = transmitted power (W)

R = diagonal antena (m)

� = panjang gelombang (mm)

(G��)�� + (G��)�� = 20log�� �4πR

λ� + 10log�� �

P�

P��

Page 28: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

36 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

2.3.3.6 Pola Radiasi

Pola radiasi suatu antena didefinisikan sebagai

gambaran secara grafik dari sifat-sifat radiasi suatu antena

sebagai fungsi koordinat ruang. Dalam banyak keadaan, pola

radiasi ditentukan pada pola daerah medan jauh dan digambarkan

sebagai fungsi koordinat-koordinat arah sepanjang radius

konstan, dan digambarkan pada koordinat ruang. Sifat – sifat

radiasi ini mencakup intensitas radiasi, kekuatan medan (field

strenght) dan polarisasi. Sedangkan untuk pola radiasi antena

microstrip mempunyai fenomena yang sama dengan pola radiasi

antena konvensional.

Gambar 2.16. Pola Radiasi[7]

Page 29: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

37 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Lebar berkas ½ daya (half power beamwidth / HPBW)

adalah lebar sudut pada 3 dB dibawah maksimum. Untuk

menyatakan lebar berkas biasanya dalam satuan derajat. Pada

Gambar 2.16 tampak pola radiasi yang terdiri dari lobe-lobe

radiasi yang meliputi main lobe dan minor lobe (side lobe). Main

lobe adalah lobe radiasi yang mempunyai arah radiasi

maksimum. Sedangkan minor lobe adalah radiasi pada arah lain

yang sebenarnya tidak diinginkan[9]. Pola radiasi antena

menjelaskan bahwa bagaimana antena menerima energi serta

bagaimana antena meradiasikan energi.

a. Pola Radiasi Antena Unidirectional

Antena unidirectional memiliki pola radiasi yang

terarah dan dapat menjangkau jarak yang relative jauh. Pada

gambar 2.17 merupakan bentuk pancaran yang dihasilkan oleh

antena unidirectional secara umum.

Gambar 2.17. Bentuk Pola Radiasi Antena Unidirectional[9]

Page 30: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

38 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

b. Pola Radiasi Antena Omnidirectional

Antena omnidirectional memiliki pola radiasi yang

visualnya digambarkan seperti bentuk donat dengan pusat

terhimpit. Pada umumnya antena omnidirectional memiliki pola

radiasi 3600 apabila dilihat pada bidang medan magnetnya. Pada

Gambar 2.18 merupakan bentuk pancaran yang dihasilkan oleh

antena omnidirectional secara umum.

Gambar 2.18. Pola radiasi omnidirectional[9]

2.3.3.7 Impedansi Antena

Hal yang menentukan transfer daya maksimum antara

saluran transmisi dengan antena adala impedansi antena. Transfer

daya maksimum disini berarti energi yang disalurkan bisa sampai

ke penerima dengan maksimal, tidak ada energi yang

dipantulkan. Dalam pencapaian transfer daya maksimum

dikatakan bisa tercapai, apabila impedansi antena ini matching

Page 31: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

39 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

dengan impedansi saluran transmisi. Jika impedansi antena

dengan saluran transmisi antena tidak sama maka akan terjadi

gelombang pantul yang merambat balik kearah sumber

gelombang, sehingga kinerja dari antena juga berkurang.

2.3.4 Antena Mikrostrip Array

Pada Umumnya antena mikrostrip dengan patch elemen

tunggal memiliki pola radiasi yang sangat lebar, dan

menghasilkan keterarahan dan perolehan gain yang kurang baik.

Sedangkan pada beberapa aplikasinya diperlukan antena dengan

keterarahan yang baik dan perolehan gain yang tinggi. Untuk

memenuhi kebutuhan karakteristik tersebut, maka antena

mikrostrip disusun dengan beberapa konfigurasi. Susunan antena

ini sering disebut sebagai antena susun (array ).

Antena array adalah susunan dari beberapa antena yang

identik. Dalam antena mikrostrip patch, yang disusun secara

array adalah bagian patch. Medan total dari antena array

ditentukan oleh penjumlahan vektor dari medan yang

diradiasikan oleh elemen tunggal. Untuk membentuk pola yang

memiliki keterarahan tertentu, diperlukan medan dari setiap

elemen array berinterferensi secara konstruktif pada arah yang

diinginkan dan berinterferensi secara destruktif pada arah yang

lain[5].

Page 32: BAB II DASAR TEORI - repository.ittelkom-pwt.ac.id

40 LAPORAN SKRIPSI BAB II

ST3 TELKOM PURWOKERTO 13101141

Susunan array ditentukan oleh jarak antar patch.

Sebelum menentukan jarak antar patch, lamda pada bahan (λ�)

harus diketahui terlebih dahulu. Persamaan (2.18) untuk mencari

lamda pada bahan (λ�)dan jarak antar patch ditunjukkan pada

persamaan (2.19).

(2.18)

Jika diketahui panjang gelombangnya adalah ½ λ maka

persamaannya adalah :

(2.19)

λ� =�

�. √��

1

2λ�