bab ii tinjauan teoritis 2.1 tinjauan...

BAB II Landasan Teori

Devi Rosauli ,091331042 4 Laporan Proyek Akhir Tahun 2012

BAB II

TINJAUAN TEORITIS

2.1 TINJAUAN PUSTAKA

Sistem Televisi pada dasarnya terbagi menjadi dua bagian besar, yaitu, sisi

penghasil sinyal yang disebut sebagai sisi studio, dan sisi penyaluran yang disebut

sebagai sisi transmisi. Pada sisi transmisi antena berperan sebagai perangkat

transmiter atau pun receiver. Pada dasarnya antena mempunyai dua fungsi utama

yaitu sebagai matching device yang menyesuaikan karakteristik – karekteristik

antara saluran transmisi dengan ruang bebas dan juga sebagai pengarah energi

radiasi gelombang elektromagnetik ke arah yang diinginkan dan menekan radiasi

ke arah yang tidak diinginkan. Dimana pada Tugas Akhir ini antena pemancar

televisi yang akan direalisasikan diharapkan dapat memancarkan energi radiasi

gelombang elektromagnetik ke segala arah (omnidirectional).

Sebelumnya ada beberapa literatur (Tugas/Proyek Akhir) yang telah

merealisasikan antena folded dipole, diantaranya yaitu :

1. Rahmilldi Holymonth. 2006. Realisasi Antena Susun Delapan Elemen

Folded Dipole untuk Pemancar Televisi Kanal 62 UHF. Dalam

perealisasiannya disini dipol dilipat membentuk sudut 90o.[3]

2. Dhika Dwiputra. 2007. Rancang Bangun Antena Folded Dipole pada

Frekuensi HF sebagai Base Station untuk Komunikasi Laut. Dalam

perealisasiannya polaradiasi yang dihasilkan bidirectional dan bekerja

pada band maritim 6.2-6.525 MHz.[2]

3. Satria Yudha Kesuma. 2008. Perancangan Antena Mikrostrip Transmitter

Folded Dipole G Pada Frekuensi 900 Mhz. Antena folded dipole yang

direalisasikan adalah microstrip dan digunakan untuk aplikasi antena

mobile phone dan antena wireless.[4]

2.2 PENGERTIAN ANTENA

Antena adalah sebuah perangkat yang mentransformasikan dari arus dan

tegangan dari saluran transmisi kedalam bentuk medan magnet dan medan listrik

dalam ruang bebas, juga menangkap dan mengumpulkan medan magnet dan



medan listrik dari ruang bebas dan menstransformasikannya kedalam bentuk arus

dan tegangan pada saluran transmisi. [1]

Adapun ilustrasi mengenai pengertian antena adalah seperti yang di

tunjukkan oleh gambar 1.

Gambar 1. Antena sebagai Pengirim dan Pemancar

Secara umum antena dibedakan menjadi antena isotropis, antena

omnidirectional, antena directional, antena phase array, antena optimal dan antena

adaptif. Antena isotropis (isotropic) merupakan sumber titik yang memancarkan

daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti permukaan bola. Antena

ini tidak ada dalam kenyataan dan hanya digunakan sebagai dasar untuk

merancang dan menganalisa struktur antena yang lebih kompleks. Antena

omnidirectional adalah antena yang memancarkan daya ke segala arah, dan bentuk

pola radiasinya digambarkan seperti bentuk donat. Antena ini ada dalam

kenyataan, dan dalam pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap

antena yang lebih kompleks. Contoh antena ini adalah antena dipole setengah

panjang gelombang. Antena directional merupakan antena yang memancarkan

daya ke arah tertentu. Gain antena ini relatif lebih besar dari antena

omnidirectional. Ketiga jenis antena di atas merupakan antena tunggal, dan bentuk

pola radiasinya tidak dapat berubah tanpa merubah fisik antena atau memutar

secara mekanik dari fisik antena tersebut.[6]

Selanjutnya adalah antena phase array, yang merupakan gabungan atau

konfigurasi array dari beberapa antena sederhana dan menggabungkan sinyal yang



menginduksi masing-masing antena tersebut untuk membentuk pola radiasi

tertentu pada keluaran array. Setiap antena yang menyusun konfigurasi array

disebut dengan elemen array. Arah gain maksimum dari antena phase array dapat

ditentukan dengan pengaturan fase antar elemen-elemen array.[6]

Antena optimal merupakan suatu antena dimana penguatan (gain) dan fase

relatif setiap elemennya diatur sedemikian rupa untuk mendapatkan kinerja

(performance) pada keluaran yang seoptimal mungkin. Kinerja yang dimaksud

kinerja antara lain signal to interference ratio (SIR) atau signal to interference plus

noise ratio (SINR). Optimasi kinerja dapat dilakukan dengan menghilangkan atau

meminimalkan penerimaan sinyal-sinyal tak dikehendaki (interferensi) dan

mengoptimalkan penerimaan sinyal yang dikehendaki.[6]

Antena adaptif merupakan pengembangan dari antena-antena phase array

maupun antena optimal, dimana arah gain maksimum dapat diatur sesuai dengan

gerakan dinamis (dinamic fashion) obyek yang dituju. Antena dilengkapi dengan

Digital Signal Proccessor (DSP), sehingga secara dinamis mampu mendeteksi dan

melacak berbagai macam tipe sinyal, meminimalkan interferensi serta

memaksimalkan penerimaan sinyal yang diinginkan.[6]

2.3 PARAMETER-PARAMETER ANTENA

Parameter-parameter antena digunakan untuk menguji dan mengukur

kinerja atau performa antena yang akan digunakan. Beberapa dari parameter

tersebut saling berhubungan satu sama lain. Berikut beberapa penjelasan

parameter antena yang sering digunakan, yaitu : pola radiasi, polarisasi, bandwith,

voltage standing wave ratio (VSWR), impedansi input, gain dan direktivitas.

2.3.1 POLA RADIASI

Pola radiasi (radiation pattern) suatu antena adalah pernyataan grafis yang

menggambarkan sifat radiasi suatu antena pada medan jauh sebagai fungsi arah.

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.

A. JENIS – JENIS POLARADIASI

Pola radiasi antena pada dasarnya dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:



1. 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 seperti pada

gambar 2. Gambar ini merupakan gambar tiga dimensi, sedangkan

potongan pola-nya bisa dilihat (diukur) pada bidang y – z dan bidang x

– y seperti pada gambar 3.

z

y

x

Gambar 2. Pola Radiasi Isotropis

x

y

z

y

(a) (b)

Gambar 3. (a) Pola H – plane, (b) Pola E – plane

2. Pola radiasi omnidireksional

Merupakan pola radiasi yang dipancarkan oleh sebuah antena, yang

memancarkan dayanya kesekelilingnya pada satu bidang sama besar.

Contoh radiasi ini adalah radiasi yang dipancarkan oleh antena dipol

pada gambar 4 dan potongan polanya pada gambar 5.

Gambar 4. Pola radiasi antena dipol pada koordinat bola



o78

1.00.707

z

xy

(a) (b)

z y

x

Gambar 5. Pola radiasi antena dipole: (a) E – plane, (b) H – plane

3. Pola radiasi direksional

Pola radiasi yang arah pancar-nya diarahkan pada suatu tempat saja.

Gambar 6 merupakan bentuk pola radiasi dari antena reflektor sudut,

sedangkan gambar 7 memperlihatkan potongan pola-nya yang dilihat

pada bidang x – y dan bidang x – z.

x

y

z

Gambar 6. Pola radiasi direksional antena korner reflektor

270

0

180

90

x

y

0

90

90

180

0

x

y

(a) (b)

Gambar 7. (a) Pola azimuth, (b) Pola elevasi



2.3.2 POLARISASI

Polarisasi adalah bentuk pergerakan medan listrik pada bidang tegak

lurus terhadap arah rambat gelombang. Polarisasi antena berarti arah gerak medan

listrik dari gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh antena pada lobe

utamanya.

E

H

Gambar 8. Polarisasi Antena

Polarisasi antena ada tiga macam :

1. Polarisasi Linear

Polarisasi linear bisa horizontal dan vertikal. Polarisasi ini bersesuaian

dengan pemasangan antena, jika elemen antena dipasang vertikal terhadap

permukaan tanah, maka polarisasi antena tersebut linear vertikal dan jika

elemen antena dipasang horizontal terhadap pemukaan tanah, maka

polarisasi antena tersebut linear horizontal.

Gambar 9. Polarisasi linier



2. Polarisasi Lingkaran

Pada polarisasi lingkaran besarnya medan listrik sama dan berputar dalam

lintasan berbentuk lingkaran. Ada dua jenis perputaran, yaitu : searah

jarum jam (left hand circulary) dan berlawanan arah jarum jam (right hand

circulary polarization).

Gambar 10. Polarisasi Lingkaran

3. Polarisasi Cross

Polarisasi Cross terjadi ketika antena pemancar mempunyai polarisasi

horizontal, sedangkan antena penerima mempunyai polarisasi vertikal atau

sebaliknya

Gambar 11. Polarisasi Cross

2.3.3 BANDWIDTH ANTENA

Penggunaan sebuah antena didalam sistem pemancar atau pun 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 frekuensi tertentu. Pengertian

harus dapat bekerja efektif disini adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari

antena pada range frekuensi tersebut bener – bener belum mengalami perubahan

yang berarti, sehingga masih sesuai dengan pola radiasi yang direncanakan serta

VSWR yang diijinkan.

SWR1

SWR

SWR0

Gambar 12. Contoh Bandwidth pada Antena

Lebar band frekuensi atau bandwidth antena adalah range frekuensi kerja

dimana antena masih dapat bekerja dengan efektif. Misalnya sebuah antena

bekerja pada frekuensi tengah (fC) memperoleh nilai sebesar SWR0, namun ia juga

masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi fL (di bawah fC) sampai dengan fU

(di atas fC) dengan nilai yang dibatasi sebesar SWR1. Bandwidth antena dapat

dinyatakan dalam bentuk persen, yang dituliskan sebagai berikut:

𝐵𝑊 = 𝑓𝑈− 𝑓𝐿

𝑓𝐶 × 100% (1)

Dimana : fu = Frekuensi Upper (Atas)

fL = Frekuensi Lower (Bawah)

fC = Frekuensi Center (Tengah)

2.3.4 Return Loss dan VSWR

Return loss merupakan besarnya loss yang dialami oleh sinyal pantul yang

terjadi karena antena dan saluran transmisi yang tidak match. Jika pada saluran

transmisi impedansi beban tidak sama dengan karakteristik saluran, tegangan yang



datang ke beban tidak semua diserap, ada sebagian yang dipantulkan.

Perbandingan antara sinyal pantul terhadap sinyal datang disebut faktor refleksi.

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” , dimana 0 ≤ |Г| ≤1, atau

dapat dituliskan:

Г =𝑉−

𝑉+ (2)

Ada tiga keadaan dari yang ditunjukan oleh nilai koefisien refleksi, yaitu:

1) Г = +1, menunjukan bahwa beban dalam keadaan open circuit

2) Г = -1, menunjukan bahwa beban dalam keadaan short circuit

3) Г = 0, menunjukan bahwa beban dalam keadaan match

Hubungan antara return loss dengan faktor refleksi dapat dituliskan secara

matematis sebagai berikut :

RL (dB) = - 20 log10 |Г| (3)

Apabila antena sesuai (match), dimana impedansi antena sama dengan

impedansi saluran transmisi, maka semua energi yang sampai ke antena akan

diradiasikan ke ruang bebas. Namun, jika keduanya tidak sesuai (match), antena

tidak akan menerima semua daya dari saluran transmisi. Bagian daya yang tidak

diterima oleh antena akan dipantulkan kembali ke arah pemancar. Hal ini akan

membentuk pola gelombang di sepanjang saluran transmisi yang disebut Voltage

Standing Wave Ratio (VSWR).

Gambar 13. Gelombang Berdiri



VSWR didefinisikan sebagai perbandingan (ratio) antara tegangan

maksimum dan minimum di sepanjang saluran transmisi yang terjadi pada saluran

yang tidak sesuai (match). Tegangan maksimum didapat apabila tegangan yang

datang dan pantul mempunyai fasa yang sama sehingga saling menjumlahkan,

sedangkan tegangan minimum didapat apabila tegangan yang datang dan pantul

mempunyai fasa yang berbeda sehingga saling mengurangkan.

𝑉𝑆𝑊𝑅 = 𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠

𝑉𝑚𝑖𝑛 (4)

𝑉𝑆𝑊𝑅 = 1+|Г|

1−|Г| (5)

VSWR merupakan parameter untuk menentukan kualitas antena, yaitu

seberapa baik penyesuaian impedansi oleh sebuah antena. VSWR 1 ke 1 (1:1)

merupakan VSWR paling baik karena semua daya yang sampai ke terminal

antena akan diradiasilan ke ruang bebas. Semakin besar nilai VSWR

menunjukkan daya yang dipantulkan semakin besar dan semakin tidak match.

Hubungan return loss dan VSWR dinyatakan dengan persamaan:

𝑅𝐿 𝑑𝐵 = 20𝑙𝑜𝑔10 𝑉𝑆𝑊𝑅+1

𝑉𝑆𝑊𝑅 −1 (6)



Adapun tabel Konversi Return Loss ke VSWR adalah sebagai berikut :

Tabel 1. Return Loss to VSWR Conversion Table



2.3.5 IMPEDANSI INPUT

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 :

𝑍𝑖𝑛 = 𝑅𝑖𝑛 + 𝑗𝑋𝑖𝑛 (7)

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

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

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

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

antena.

Impedansi input dapat juga dihitung dengan rumus :

𝑍𝑖𝑛 = 𝑉

𝐼 (8)

Dimana: Zin = Impedansi Input (Ohm)

V = Tegangan terminal input (Volt)

I = Arus terminal input (A)

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.



2.3.6 GAIN dan DIRECTIVITY

Satu gambaran penting dari suatu antena adalah seberapa besar antena

mampu mengkonsentrasikan energi pada suatu arah yang diinginkan,

dibandingkan dengan radiasi pada arah yang lain. Karakteristik dari antena

tersebut dinamakan direktivitas (directivity).

Gain dari sebuah antena merupakan perbandingan rapat daya radiasi

maksimum suatu antena terhadap rapat daya radiasi maksimum antena referensi,

dengan syarat daya yang masuk ke kedua antena sama besar. Gain suatu antena

memiliki keterkaitan erat dengan direktivitas yang dapat dihitung dengan nilai

efisiensi suatu antena yang sama dengan kemampuan untuk mengarahkan.

Gain antena dapat dihitung dengan menggunakan antena lain sebagai

antena yang standar atau sudah memiliki gain yang standar. Dengan

membandingkan daya yang diterima antara antena standar dan antena yang akan

diukur dari antena pemancar yang sama dan dengan daya yang sama. Gain antena

omnidireksional antara 3 dBi sampai 12 dBi.

𝐺 = 𝜂 x D (9)

Dimana : 𝐺 = penguatan (Gain)

𝜂 = Efisiensi ()

𝐷= pengarahan (direktivitas)

2.4 ANTENA DIPOL /2

Antena dipol dapat dikatakan merupakan cikal bakal dari jenis-jenis antena

kawat linier seperti dipol pendek, dipol setengah panjang gelombang, dipol lima-

per-empat panjang gelombang, dipol tiga-per-empat panjang gelombang, dsb.

Selain itu antena dipol juga mendasari antena-antena seperti antena Yagi – Uda,

antena log – periodik, dan antena monopol. Antena dipol juga biasa digunakan

sebagai elemen dasar dari antena susun (array antenna).

Dipol Setengah Gelombang (Dipol / 2) adalah dipol dengan panjang

setengah dari panjang gelombang pada frekuensi kerjanya. Nilai resistansi

masukannya adalah 73, yang sangat dekat dengan impedansi karakteristik 75



dari beberapa saluran transmisi, sehingga memudahkannya untuk me-match

sambungan saluran transmisi ke antena, terutama pada saat resonansi.

Antena Dipole ½ λ adalah antena yang paling banyak digunakan karena

memiliki konstruksi paling sederhana dan banyak dijadikan sebagai dasar untuk

konstruksi antena kompleks. Persamaan distribusi arus antena dipole ½ λ ini pun

sederhana yaitu membentuk sinusoidal yang berharga maksimum pada feeding

point dan minimum pada kedua ujungnya. Secara matematis distribusi arus dapat

dituliskan sebagai berikut :

z

LIzI m

4sin)( (10)

Dimana :

4

z (11)

2 (12)

(a) (b)

2L

2L

z

I(z)

Im

Gambar 14. (a) Antena dipole dan (b) distribusi arus antena dipole saat L = λ/2

2.5 FOLDED DIPOLE

Ada banyak antena dipol yang digunakan dalam bentuk dasarnya. Yang

merupakan salah satu jenis dipol 1/2 adalah antena Folded Dipole (dipol dilipat).

Dipol dilipat digunakan secara luas, tidak hanya sendiri, tetapi juga biasanya

digunakan sebagai driven elemen antena dalam format lain seperti pada antena

Yagi.

Sebuah antena folded dipole adalah sebuah dipol dengan pencatuan

ditengah (center fed half dipole) dengan didampingi ½ dipol lain yang dipasang



dekat dengan dipol utama dan dihubungkan keduanya. Jarak antara kedua dipol

tersebut adalah 1/64 dari frekuensi kerjanya dan panjang secara keseluruhan

adalah ½ .[5]

Gambar 15. V dan I di antena folded dipole

Secara kelistrikan maka sebuah antena dipole dapat diexpresikan sebagai

sebuah rangkaian resonansi seri yang terdiri dari sebuah komponen resistive dan

dua buah komponen reaktive. Pada frekuensi resonansinya impedansinya akan

merupakan kombinasi diatas menjadi resistive karena pada saat resonansi

komponen reaktivenya menjadi sama dan saling menghilangkan dan tahanan

resultantnya menjadi 70 seperti dipol biasa. Umumnya dikarenakan dimensi

fisik dari antena yang berbeda-beda maka sebuah antena dipole ½ tidak

melebihi atau berkisar antara 68 tergantung pada rasio panjang dan diameter

dari kawat atau bahan yang dipakai.

Sebuah antena Folded Dipole secara kelistrikan berbeda dengan dipol

biasa dimana selain rangkaian resonan serinya dia juga mempunyai rangkaian

resonan paralel. Dengan menjadikan satu dikedua ujungnya akan menimbulkan

efek rangkaian resonansi paralel tersebut. Bila kedua ujungnya dijadikan satu

akan menjadikan tegangan RF dikedua ujungnya sama nilainya sehingga

distribusi tegangan dan arus RF di kedua element tersebut akan sama dengan dipol

biasa. Bilamana kedua bahan antena folded dipole tersebut sama diameternya



maka tahanan input di titik catunya menjadi 4 kali dari dipole tunggal biasa.

Secara teoritis 4 X 70 = 280 Ohm. Ini menjadikan alasan untuk menggunakan

kabel transmisi twin lead, dimana untuk daya pancar besar menggunakan kawat

paralel dengan ukuran tertentu akan tetapi bila daya pancar kecil dapat

menggunakan kabel transmisi penerima TV. [5]

Kenaikan tahanan di titik catu terjadi akibat dari adanya pembagian arus

yang sama besar pada kedua element paralel tersebut. Pembagian arus RF di titik

catu hanya sebesar ½ arus RF , hal tersebut sama seperti yang terjadi pada antena

dipole biasa. Jadi dengan daya yang sama kuat ketika diukur di titik catu, baik

daya pancar maupun daya terima, arus RFnya hanya akan setengahnya sehingga

tahanan di titik catu tersebut naik 4 kali. Ini dapat dijelaskan dari rumus dibawah

ini :

½ I½ I

Gambar 16. Pembagian arus pada antena Folded Dipole

R =P

I2 (13)

≈ 70

Bila mempunyai arus RF (I) setengahnya dan daya (P) dibuat tetap,

bilamana setengah arus RF tersebut sinyal persegi (untuk mudahnya), harga

akhirnya hanya ¼ dari harga bila bukan sinyal persegi.

R =P

[I/2]2 =

P

[I2/4]=

4P

I2 = 280 ohms (14)

bab ii tinjauan teoritis 2.1 tinjauan...

Documents