pengertian dasar Antena

Antena adalah bagian sistem komunikasi yang sangat penting. Sesuai definisinya, antena adalah alat yang dulu digunakan untuk mengubah sinyal RF yang berjalan pada konduktor menjadi gelombang elektromagnetik di ruang bebas. Antena mempertunjukkan sebuah karakteristik yang biasa dikenal sebagai ketimbal-balikan, yang berarti bahwa antena akan memelihara sifat yang sama terlepas apakah antena tersebut memancarkan atau menerima.

Kebanyakan antena adalah alat yang beresonansi, yang beroperasi secara efisien sebuah pita

frekuensi yang relatif sempit. Antena harus di-tune kepada pita frekuensi sama dari sistem radio yang tersambung ke antena itu, jika tidak maka penerimaan dan pemancaran akan terhalangi. Ketika sebuah sinyal masuk ke antena, antena akan memancarkan radiasi yang disebarkan di ruang dalam cara tertentu. Sebuah gambaran distribusi relatif daya yang dipancarkan di ruang dinamakan pola radiasi.

Daftar istilah-istilah antena

Sebelum kita berbicara tentang antena tertentu, ada beberapa istilah-istilah umum yang harus didefinisikan dan diterangkan:

• Input Impedance.

Untuk pemindahan energi yang efisien, impedansi radio, antena, dan kabel pengiriman yang menyambung mereka harus sama. Transceivers dan kabel penghubung mereka biasanya didesain untuk impedenasi 50Ω. Jika antena mempunyai impedance berbeda dari 50Ω, maka akan ada ketidakcocokan dan sebuah rangkaian pencocok impedansi akan diperlukan. Ketika impedance tidak cocok, efisiensi pengiriman menurun.

• Return Loss

Cara lain mengungkapkan ketidakcocokan. Return Loss adalah rasio logaritmik yang diukur dalam dB yang membandingkan daya yang dipantulkan oleh antena dengan daya yang dimasukan ke dalam antena dari jalur pengiriman. Hubungan antara SWR dan Return Loss adalah sebagai berikut:

                                     SWR 

  Return Loss (dalam dB) = 20log10 --------

                                     SWR-1 

Pada saat sebagian energi selalu akan dipantulkan kembali ke dalam sistem, return Loss yang tinggi akan menghasilkan kinerja antena yang tak dapat diterima.

• Lebar Pita (Bandwidth)

Lebar pita antena merujuk pada frekuensi dimana antena bisa beroperasi secara baik. Pita lebar antena menggunakan satuan Hz dimana antena akan menunjukkan SWR kurang dari 2:1.

Bandwidth juga bisa dideskripsikan dalam bentuk persentase frekuensi pusat pita.

                                          F H - FL 

                       Bandwidth = 100 x ----------

                                             FC 

di mana FH adalah frekuensi yang paling tinggi di pita, FL adalah frekuensi yang paling rendah di pita, dan FC adalah frekuensi tengah di pita.

Dengan begitu, lebar pita adalah konstanta relatif terhadap frekuensi. Jika lebar pita diungkapkan di satuan-satuan mutlak frekuensi, lebar pita akan berbeda bergantung pada frekuensi tengah. Macam antena yang berbeda mempunyai keterbatasan lebar pita yang berbeda.

Directivty dan gain

Directivity adalah kemampuan antena untuk memusatkan energy di arah yang tertentu sewaktu memancarkan, atau untuk menerima energi dari arah yang tertentu sewaktu menerima. Jika sebuah sambungan nirkabel menggunakan lokasi tetap untuk kedua sisi, maka sangat memungkinkan untuk menggunakan antena directivity untuk memusatkan sorotan radiasi di arah yang diinginkan. Di aplikasi mobile yang bisa berpindah-pindah di mana transceiver tidak tetap, mungkin mustahil untuk meramalkan di mana transceiver akan berada, dan oleh sebab itu antena secara ideal sebaiknya menyebar secara sebaik-baiknya ke segala arah. Antena Omnidirectional dipakai dalam aplikasi ini.

Gain (Penguatan) bukanlah kuantitas yang bisa didefinisikan dalam bentuk fisik seperti Watt atau Ohm, tetapi Gain adalah rasio yang tidak berdimensi. Gain diberikan sesuai dengan rujukan kepada antena standar. Dua antena yang biasanya digunakan sebagai rujukan adalah antena isotropic dan antena dipole setengah gelombang. Antena Isotropic memancar sama baiknya ke segala arah. Antena isotropic yang sesungguhnya tidak pernah ada, tetapi antena ini menyediakan pola antena teoretis yang berguna dan sederhana yang dapat dibandingkan yang dengan antena sesungguhnya. Antena mana pun yang sesungguhnya akan memancarkan lebih banyak energi di beberapa arah daripada yang lainnya. Karena antena tidak bisa menciptakan energi, total data yang di pancarkan adalah sama dengan antena isotropic. Energi tambahan apapun yang terpancar dalam arah yang dipilih akan diimbangi oleh pengurangan energi yang sama atau kurang di arah yang lain.

Gain sebuah antena pada sebuah arah adalah banyaknya energi yang dipancarkan dalam arah itu sebanding dengan energi yang diradiasikan oleh antena isotropic dalam arah yang sama ketika didorong dengan daya masukan yang sama. Biasanya kita hanya tertarik pada gain maksimum, yang merupakan gain dalam arah dimana antena memancarkan sebagian besar dayanya. Gain antena sebanyak 3 dB dibandingkan dengan antena isotropic akan ditulis sebagai 3 dBi. Sebuah dipole separuh-gelombang yang beresonansi akan menjadi standar yang berguna untuk dibandingkan dengan antena lain di satu frekuensi atau di lebar pita frekuensi yang sangat sempit. Untuk membandingkan dipole ke sebuah antena pada lebar frekuensi memerlukan sejumlah dipole dengan panjang yang berbeda. Gain antena sebanyak 3 dB dibandingkan dengan antena dipole akan ditulis sebagai 3 dBd.

Metode mengukur gain dengan membandingkan antena yang sedang diuji terhadap antena standar yang ada, yang mempunyai gain yang terkalibrasi, secara teknis dikenal sebagai teknik gain transfer. Metode lain untuk mengukur gain adalah metode 3 antena, di mana daya yang dipancarkan dan diterima di terminal antena diukur di antara tiga antena di jarak tertentu.

Pola radiasi

Pola radiasi atau pola antena menggambarkan kekuatan relatif medan yang dipancarkan di berbagai arah dari antena, pada jarak yang konstan. Pola radiasi adalah pola penerimaan juga, karena pola radiasi tersebut juga menggambarkan karakteristik menerima antena. Pola radiasi adalah tiga- dimensi, tetapi biasanya pola radiasi yang terukur merupakan irisan dua dimensi dari pola tiga dimensi, di bidang planar horisontal atau vertikal. Pengukuran pola ini ditampil kandalam format rectangular ataupun polar. Angka-angka berikut menunjukkan tampilan alur rectangular khusus untuk Yagi sepuluh-elemen. Detail ini baik tetapi sangatlah sulit untuk menggambarkan perilaku antena di arah yang berbeda.

Sistem koordinat kutub dipakai hampir universal. Di grafik dengan koordinat polar, titik-titik ditemukan berdasarkan proyeksi sepanjang poros berputar (radius) terhadap persimpangan dengan satu di antara beberapa lingkaran konsentris. Yang berikut adalah plot polar dari antena Yagi 10 elemen yang sama

Sistem koordinat polar mungkin dapat dipisahkan secara umum menjadi dua kelas: linear dan logaritmis. Di sistem koordinat linear, lingkaran konsentris berjarak sama, atau berjarak gradual. Grid / kisi-kisi seperti ini mungkin dipergunakan untuk menampilan daya yang tersimpan pada sinyal secara linier. Untuk mempermudah perbandingan, lingkaran konsentris dengan jarak yang sama dapat diganti dengan lingkaran yang ditempatkan secara pas yang melambangkan respons dalam desibel, direferensikan sampai 0 dB di pinggir luar alur. Di plot seperti ini sidelobe kecil akan ditekan. sidelobe dengan puncak lebih dari sekitar 15 dB atau di bawahnya akan tidak terlihat dari lobe utama karena kecil-nya ukuran mereka. Kisi-kisi ini meningkatkan plot dimana antena tersebut mempunyai directivity yang tinggi dan sidelobe minor yang kecil. Tegangan sinyal, bukan daya, juga bisa diplot diatas sistem koordinat linear. Di kasus ini, directivity akan di ditingkatkan dan sidelobe kecil akan ditekan, tetapi tidak pada tingkat yangs ama jika kita menggunakan kisi-kisi daya linear.

Dalam sistem koordinat polar yang logaritmis, garis kisi-kisi konsentris diletakkan secara berkala logaritmis untuk tegangan dalam sinyalnya. Nilai yang berbeda dapat digunakan untuk konstanta dalam spasi logaritmik, dan pilihan ini akan berpengaruh pada penampilan pola yang ditampilkan. Secara umum referensi 0 dB untuk pinggir luar grafik digunakan. Dengan kisi-kisi jenis ini, sidelobe yang 30 atau 40 dB lebih rendah dari lobe utama masih dapat dibedakan. Jarak di antara ujung 0 dB dan -3 dB lebih panjang daripada jarak antara -20 dB dan -23 dB, yang lebih besar daripada jarak antara -50 dB dan -53 dB. Pemberian jarak berhubungan dengan kepentingan relatif pada kinerja antena.

Skala logaritmik yang dimodifikasi akan menegaskan bentuk bean utama dan mengkompresi sidelobe samping pada tingkat yang sangat rendah (>30 dB) terhadap pusat pola. Ini dapat dilihat di Gambar 4.6.

Ada dua jenis pola radiasi, yaitu mutlak dan relatif. Pola radiasi mutlak ditampilkan dalam satuan-satuan mutlak kekuatan atau daya medan. Pola radiasi relatifmerujuk pada satuan-satuan relatif kekuatan atau daya medan. Kebanyakan ukuran pola radiasi relatif kepada antena isotropic, dan metode transfer gain kemudian dipergunakan untuk menentukan gain mutlak antena.

Pola radiasi di daerah dekat antena tidaklah sama seperti pola radiasi pada jarak jauh. Istilah medan dekat merujuk pada pola medan yang berada dekat antena, sedangkan istilah medan jauh merujuk pada pola medan yang berada di jarak jauh. Medan jauh juga disebut sebagai medan radiasi, dan merupakan hal yang diinginkan. Biasanya, daya yang dipancarkan adalah yang kita inginkan, dan oleh karena itu pola antena biasanya diukur di daerah medan jauh. Untuk pengukuran pola sangatlah penting untuk memilih jarak yang cukup besar untuk berada di medan jauh, jauh di luar medan dekat. Jarak dekat minimum yang diperbolehkan bergantung pada dimensi antena berkaitan dengan panjang gelombang. Rumusan yang biasa digunakan untuk jarak ini ialah:

                    2d^2 

           rmin = ------

                     

Di mana rmin adalah jarak minimum dari antena, D adalah dimensi antena yang paling besar, dan  adalah panjang gelombang.

Lebar pancaran/sorotan (beamwidth)

Beamwidth antenna biasanya dipahami sebagai lebar beam saat daya setengah. Puncak intensitas radiasi ditemukan, dan lalu ujung kedua puncak yang melambangkan setengah daya intensitas puncak ditemukan. Jarak bersiku di antara ke dua ujung daya setengah di definisikan sebagai beamwidth. Setengah daya yang diekspresikan dalam decible adalah -3dB, sehingga beamwidth setengah daya beamwidth kadang-kadang dirujuk sebagai beamwidth 3dB. Beamwidth horisontal maupun vertikal biasanya dipertimbangkan.

Dengan asumsi bahwa sebagian besar daya yang dipancarkan tidak dibagi-bagi ke dalam sidelobe, gain kedepan akan berbanding terbalik dengan beamwidth: pada saat beamwidth berkurang, gain ke depan bertambah.

Sidelobes

Tak ada antena yang dapat memancarkan seluruh energi di satu arah yang dipilih. Sebagian energi yang pasti dipancarkan di jurusan lain. Puncak-puncak yang lebih kecil ini dinamakan sebagai sidelobe, yang biasanya ditetapkan dalam dB lebih kecil dari lobe utama.

Nulls

Di pola radiasi antena, null adalah zona dimana daya efektif yang dipancarkan minimum. Null sering mempunyai sudut directivity yang sempit dibandingkan dengan yang dipunyai beam utama. Dengan begitu, null berguna untuk beberapa tujuan, seperti meminimalisir gangguan sinyal pada sebuah arah.

Polariasasi

Polarisasi didefinisikan sebagai orientasi medan listrik gelombang elektromagnetik. Polarisasi pada umumnya digambarkan seperti elips. Dua kasus istimewa polarisasi elips adalah polarisasi linear dan polarisasi sirkular. Awal polarisasi gelombang radio ditentukan oleh antena.

Dengan polarisasi linear, vektor medan listrik tetap berada di bidang yang sama terus menerus. Medan listrik mungkin meninggalkan antena dalam orientasi vertikal, horisontal, atau suatu sudut di antara keduanya. Radiasi dengan polarisasi vertikal lebih sedikit dipengaruhi oleh pantulan pada jalur perambatannya. Antena Omnidirectional selalu memiliki polarisasi vertikal. Dengan radiasi dengan polarisasi horisontal, pantulan seperti itu menyebabkan variasi dalam kekuatan signal yang diterima. Antena horisontal lebih sedikit kemungkinannya untuk mendapat gangguan buatan manuasia, yang biasanya dipolarisasikan secara vertikal.

Dalam polarisasi sirkular, vektor medan listrik kelihatannya berotasi dengan gerakan berputar searah arah propagasi, membuat satu putaran penuh untuk setiap siklus RF. Rotasi ini mungkin berada di sebelah kanan atau sebelah kiri. Pilihan polarisasi adalah salah satu pilihan bentuk yang tersedia kepada sistem perancang RF.

Polarization Mismatch

Untuk mentransfer daya maksimum antara antena pemancar dan antena penerima, kedua antena harus mempunyai orientasi ruang yang sama, pengertian polarisasi yang sama, maupun rasio aksial yang sama.

Kalau antena tidak diluruskan atau tidak mempunyai polarisasi sama, akan ada penurunan di pemindahan energi antara kedua antena. Penurunan dalam pemindahan energi ini akan mengurangi efisiensi sistem dan kinerja keseluruhan. Ketika antena pemancar dan penerima secara linear terpolarisasi, ketidakcocokan fisik antena akan menghasilkan kehilangan ketidakseimbangan polarisasi, yang bisa ditentukan memakai rumusan berikut:

Loss (dB) = 20 log (cos Ѳ)

di mana Ѳ adalah perbedaan di sudut antara kedua antena. Untuk 15° kehilangan kira-kira 0.3dB, untuk 30° kehilangan 1.25dB, untuk 45° kehilangan 3dB dan untuk 90° kehilangan menjadi tidak terhingga.

Pendek kata, semakin besar ketidakseimbangan dalam polarisasi antara antena pemancar dan penerima, semakin besar kehilangan tersebut. Dalam dunia sesungguhnya, ketidakcocokan 90° di polarisasi cukup besar tetapi tidak infinite. Beberapa antena, seperti yagi atau antena kaleng, dapat diputar 90° secara sederhana untuk menyamai polarisasi akhir ujung lain hubungan tersebut. Anda bisa menggunakan efek polarisasi untuk keuntungan anda dalam hubungan dari titik yang satu ke yang lainnya. Gunakan alat monitoring untuk mengamati gangguan dari jaringan tetangga, dan putar satu antena sampai anda melihat sinyal paling rendah yang diterima. Kemudian operasikan sambungan anda dan arahkan ujung yang lain untuk menyamai polarisasi. Teknik ini kadang-kadang bisa dipergunakan untuk membuat hubungan stabil, bahkan di lingkungan radio yang banyak gangguan.