TEORI DASAR ANTENA

Pada kesempatan kali ini saya akan share mengenai teori dasar antena yang saya ketahui, ada banyak jenis antena yang sering kita jumpai, semuanya itu dirancang sedemikian rupa untuk mendapatkan hasil yang sesuai dengan apa yang kita harapkan, bahkan sebuah kawat tembaga saja bisa dikatakan sebagai antena, tapi apakah sudah sesuai dengan apa yang kita harapkan, seberapa jauh pancaranya, berapa frekuensi yang digunakan kita sulit untuk menghitungnya. berikut teori dasar antena agar nantinya dapat diimplementasikan dalam merancang sebuah antena.

1. PENGERTIAN ANTENA

Antena adalah suatu piranti yang digunakan untuk mengubah sinyal listrik menjadi sinyal elektromagnetik, merambatkan dan menerima gelombang elektromagnetik. Pemancaran merupakan satu proses perpindahan gelombang radio atau elektromagnetik dari saluran transmisi ke ruang bebas melalui antena pemancar. Sedangkan penerimaan adalah satu proses penerimaan gelombang radio atau elektromagnetik dari ruang bebas melalui antena penerima. Karena merupakan perangkat perantara (interface) antara saluran transmisi dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match) dengan saluran pencatunya.

Dalam sistem komunikasi nirkabel antena difungsikan sebagai alat yang digunakan untuk mengirim dan menerima gelombang elektromagnetik, secara umum fungsi antena adalah merubah energi listrik menjadi gelombang elektromagnetik lalu melepasnya ke ruang bebas dan pada sisi antena penerima, antena berfungsi  menangkap gelombang elektromagnetik dari ruang bebas dan mengkonfersinya kembali menjadi energi listrik.

2. PARAMETER PARAMETER ANTENA

Parameter antena digunakan untuk menguji dan mengukur peformansi dari suatu antena, apakah antena telah sesuai dengan keinginan dan telah sesuai dengan fungsinya. Dalam perkembangan sistem komunikasi nirkabel, parameter dapat dibagi menjadi beberapa, diantaranya:

a. Direktivitas (Pengarahan)

Direktivitas antena adalah kemampuan dari suatu antena untuk memusatkan daya dari pola radiasi antena ke satu atau lebih arah khusus.

b. Pola Radiasi

Pola radiasi merupakan plot tiga dimensi yang menggambarkan distribusi sinyal yang dipancarkan oleh sebuah antena sebagai fungsi dari koordinat. pola radiasi terbentuk dari dua bidang irisan yaitu, pada arah azimut dan elevasi. Pola radiasi antena menjelaskan bagaimana suatu antena meradiasikan daya ke ruang bebas dan bagaimana suatu antena menerima daya dari ruang bebas.

c. Efisiensi Antena

Efesiensi antena merupakan perbandingan antara daya yang diradiasikan oleh sebuah antena dengan daya yang di yang di catukan ke antena.

d. Gain

Gain adalah karakter dari antena atau kemampuan antena untuk mengarahkan radiasi sinyalnya berdasarkan direktifitas dan efisiensi yang dimiliki antena. Satuan dari gain adalah desibel (dB). Gain pada antena juga  dipengaruhi oleh frekuensi kerja yang digunakan dalam perancangan antenanya.

Gain dihitung menggunakan rumus:

Gt = Pt/Ps  ×Gs                                     

Pada satuan decibel dapat dituliskan menjadi :

Gt = Pt (dBm)- Ps (dBm)+ Gs (dB)                    

Dimana :

Gt   = Gain antena

Gs   = Gain standar antena

Pt   = Daya yang dikirim antena

Ps   = Daya yang diterima antena

e. polarisasi

Polarisasi antena merupakan orientasi perambatan radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu antena. polarisasi yang baik didapat dari perancangan antena yang baik pula.

f. Bandwidth

Bandwidth adalah rentang frekuensi kerja antena, dimana antena dapat memancarkan dan menerima daya gelombang elektromagnetik dengan baik.

Bandwidth dinyatakan dalam bentuk :

BW = fu – fL                                   

Dimana :

BW   = Bandwidth

fu   = frekuensi diatas frekuensi center (fc)

fL   = frekuensi dibawah frekuensi center (fc)

g. Beamwidth

Beamwidth adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe utama. Mengapa batasan dari beamwidth itu hanya sampai 3 dB/-3 dB saja, ini dimaksudkan karena jika dikonversi kedalam nialai realnya 3 dB/-3 dB berarti kurang lebih 50% daya yang dapat dipancarkan dan 50% sisanya dipantulkan (loss).

h. Impedansi Antena

Impedansi antena merupakan hubungan antara tegangan dan arus pada saat daya di catukan ke antena.

i. Throughput

Throughput merupakan Bandwidth aktula yang terukur pada suatu ukuran waktu tertentu.

Semisal dalam simulasi sebuah antena diketahui Bandwidth yang dimiliki antena sebesar  500 MHz, secara teori Jika kita mengirim data sebesar 1 Gb dengan Bandwidth 500 MHz dibutuhkan waktu hanya 2 detik saja bukan (tanpa rugi rugi antena), namun pada kenyataanya dibutuhkan waktu 4 detik, inilah yang disebut sebagai Throughput (bandwidth aktual).

j. Hubungan VSWR,Return loss dan Koefisien refleksi (S11)

VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) merupakan perbandingan amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum dan minimum. Nilai VSWR dipengaruhi oleh impedansi input, karena impedansi antena penting untuk pemindahan daya dari sumber ke antena dan pemindahan daya dari antena ke penerima sehingga impedansi antena harus match (50 Ω). Pada prakteknya VSWR berbanding lurus dengan return loss antena. Return loss merupapakan gambaran dari ketidakcocokan antara antena dengan transmitter input. Dalam perancangan sebuah antena parameter VSWR dan return loss selalu menjadi fokus utama, nilai VSWR dan return loss berpengaruh pada unjuk kerja dari antena yang dirancang. Semakin besar nilai VSWR maka daya yang direfleksikan juga semakin besar sehingga unjuk kerja antena semakin kurang baik dan sebaliknya, semakin kecil nilai VSWR maka daya yang direfleksikan juga akan semakin kecil sehingga unjuk kerja dari antena yang dirancang akan semakin baik. Kondisi yang paling baik adalah ketika nilai VSWR bernilai 1 yang berarti tidak ada tegangan yang kembali ke pemancar (V-).

Koefisien refleksi (S11) merupakan perbandingan antara tegangan yang kembali kepemancar (V-) dengan tegangan yang datang menuju beban (V+).

Koefisien refleksi dinyatakan dalam bentuk :

Г = (V-)/(V+)                                              

Dimana:

Г = Koefisien refleksi

V- = Tegangan yang kembeli ke pemancar/sumber

V+ = Tegangan yang datang menuju beban

Sedangakan hubungan VSWR dan koefisien refleksi dinyatakan dalam bentuk :

VSWR = (1+|Г| )/(1-|Г|)                               

Hubungan return loss dan koefisien refleksi dinyatakan dalam bentuk :

RL = 10 log Г (dB)                                

Antena yang baik memiliki return loss dibawah -10 dB yaitu 90% daya dapat diserap antena dan 10%-nya terpantul kembali kesumber antena.

k. Sistem lain seperti bahan antena, ukuran antena, berat, biaya, pemakaian daya dan lain-lain.

3. JENIS JENIS ANTENA

a. Antena Directional

Antena ini memiliki daya pancar yang hanya berfokus pada sudut tertentu (directed) saja, sehingga dapat memancarkan daya sangat jauh.

b. Antena Omnidirectional

Antena omnidirekctional adalah antena yang datap memancarkan daya yang sama ke segala arah, sudut azimuth (sudut arah Horizontal) saja atau sudut elevasi (sudut arah vertikal) saja.

Jadi dapat ditarik kesimpulan bahwa, dalam suatu perancangan antena dibutuhkan kesesuaian (match) antara parameter parameter antena dan jenis antena apa yang akan kita rancang nantinya, sehingga antena yang kita rancang sesuai dengan apa yang kita butuhkan, setelah memahami teori dasar antena kita sudah dapat menentuka parameter parameter antena seperti frekuensi yang dibutuhkan berapa, antena terbuat dari bahan apa, ukuran antena, dan yang paling penting biaya yang dibutuhkan tentunya.

Untuk mendapatkan hasil yang terbaik dalam merancang sebuah antena sebaiknya lakukan simulasi terlebih dahulu, banyak aplikasi dirancang untuk membuat simulasi antena, salah satunya adalah aplikasi CST.

Pembahasan lebih lanjut akan saya bagikan pada postingan selanjutnya, insayaAllah.

Demikian, semoga bermanfaat dan selamat mencoba.