Antena Telekomunikasi, Materi Teknik Telekomunikasi SMK Paling Lengkap

Tujuan

Setelah mempelajari bagian ini diharapkan dapat:

1.   Mengetahui peranan antena pada sistem telekomunikasi.

2.   Memahami macam dan bentuk antena yang digunakan dalam sistem telekomunikasi.

3.   Mengetahui bagian-bagian antena yang digunakan dalam sistem telekomunikasi.

6.1. Pendahuluan

Dalam sejarah komunikasi, perkembangan teknik informasi tanpa menggunakan kabel ditetapkan dengan nama “Antena”. Antena berasal dari bahasa latin ”Antena” yang berarti tiang kapal layar”. Dalam pengertian sederhana kata latin ini berarti juga ”penyentuh atau peraba” sehingga kalau dihubungkan dengan teknik komunikasi berarti bahwa antena mempunyai tugas menyelusuri jejak gelombang elektromagnetik, hal ini jika antena berfungsi sebagai penerima. Sedangkan jika sebagai pemancar maka tugas antena tersebut adalah menghasilkan sinyal gelombang elektromagnetik.

Antena dapat juga didefinisikan sebagai sebuah atau sekelompok konduktor yang digunakan untuk memancarkan atau meneruskan gelombang elektromagnetik menuju ruang bebas atau menangkap gelombang elektromegnetik dari ruang bebas. 

Energi listrik dari pemancar dikonversi menjadi gelombang elektromagnetik dan oleh sebuah antena yang kemudian gelombang tersebut dipancarkan menuju udara bebas. Pada penerima akhir gelombang elektromagnetik dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan antena.

Sinyal gelombang radiasi elektromagnetik yang berasal dari antena terdiri dari dua komponen yaitu medan listrik dan medan magnetik. Energi total tersebut dipancarkan dalam bentuk gelombang yang hampir konstan ke udara bebas dan ada beberapa yang terserap oleh tanah. Namun demikian gelombang tersebut dipancarkan ke segala arah, hal ini disebabkan oleh jumlah energi yang dipancarkan berkurang kekuatannya sebagai akibat dari jarak yang semakin jauh dari sumbernya.

Rancangan sebuah antena sangat penting dalam sebuah stasiun pemancar. Hal ini dikarenakan antena harus melakukan kerja memancarkan gelombang secara efisien sehingga catu daya sebagai sumber tenaga pemancar tidak menjadi sampah tetapi benar-benar menjadi energi gelombang radio. Pemancar yang efisien harus menggunakan antena yang mempunyai ukuran pasti yang ditentukan oleh besar frekuensi pancarnya.

Secara phisik ukuran sebuah antena harus proporsional dengan panjang gelombang. Semakin tinggi frekuensi yang digunakan maka akan semakin kecil ukuran antena yang digunakan. Hal yang penting dalam antena adalah bahwa antena pemancar dibagi menjadi dua klasifikasi dasar yaitu: Antena Hertz (half-wave) dan Antena Marconi (quarter-wave). Antena hertz biasanya dipasang sepanjang dengan ground dan diposisikan untuk memancarkan gelombang vertikal ataupun horisontal.

Antena marconi (quarterwave) dioperasikan dengan sebuah akhir yang ditanahkan dan disambung secara tegak lurus menuju tanah atau permukaan yang berfungsi sebagai ground. Antena hertz biasanya digunakan untuk operasi frekuensi sebesar 2MHz atau diatasnya, sedangkan antena marconi digunakan untuk operasi frekuensi di bawah 2 MHz. 

Antena yang digunakan dalam berkomunikasi harus memiliki sifat-sifat antena yang ideal supaya mendapatkan hasil komunikasi yang baik, walaupun hal ini tidak pernah terjadi. Sifat-sifat antena yang ideal antara lain:

Gambar 6.1. Komunikasi menggunakan antena

1.   Menerima secara efisien sinyal-sinyal yang diinginkan tanpa memindah band.

2. Secara normal mempunyai sifat omnidirectional, baik untuk gelombang panjang maupun pendek. Antena directional dibutuhkan untuk gelombang VHF/UHF maupun gelombang mikro.

3.   Mempunyai perubahan resistensi dan reaktansi yang kecil terhadap perubahan frekuensi sinyal.

4. Efek pemudaran (fading) seminimal mungkin, baik untuk gelombang panjang, medium maupun gelombang pendek.

5.   Efek interferensi dari instalasi listrik dalam rumah sekecil mungkin.

6.   Harus tahan karat atau kerusakan terhadap cuaca dan juga mudah pemasangannya

7.   Antena harus murah dan baik dipandang.

Berdasarkan fungsinya antena dibedakan dalam macam yaitu : antena pemancar dan antena penerima. Sifat antena ada dua yaitu omnidirectional dan directional. Semua antena secara umum baik bentuk dan ukurannya mempunyai empat karakteristik dasar yaitu reciprocity, directivity, gain, dan polarization.

6.2. Reciprocity

Reciprocity merupakan sebuah kemampuan untuk menggunakan antena yang sama pada kedua antena, baik antena pemancar maupun penerimaan. Karakteristik listrik pada sebuah antena yang terpasang akan sama secara umum apakah menggunakan antena sebagai pemancar maupun sebagai penerima. Supaya memperoleh efisiensi yang baik perlu menggunakan antena yang memancarkan atau menerima sinyal pada gelombang frekuensi dengan antena yang bekerja pada frekuensi yang sama.

Ketika antena digunakan untuk mengirimkan maksimum radiasi terjadi pada sudut kanan. Ketika antena yang sama digunakan untuk menerima maka akan terjadi penerimaan yang sangat baik. Antena yang mempunyai sifat reciprocity dapat digambarkan seperti pada gambar 6.3. dan 6.4. Antena Pemancar Gambar 6.3. Antena reciprocity antena pemancar Antena Penerima Gambar 6.4. Antena reciprocity pada penerima

6.3. Directivity

Directivity dari sebuah antena atau deretan antena diukur pada kemampuan yang dimiliki antena untuk memusatkan energi dalam satu atau lebih ke arah khusus. Antena dapat juga ditentukan pengarahanya tergantung dari pola radiasinya. Dalam sebuah array propagasi akan diberikan jumlah energi, gelombang radiasi akan dibawa ketempat dalam suatu arah. 

Elemen dalam array dapat diatur sehingga akan mengakibatkan perubahan pola atau distribusi energi lebih yang memungkinkan ke semua arah. Suatu hal yang tidak sesuai juga memungkinkan. Elemen dapat diatur sehingga radiasi energi dapat dipusatkan dalam satu arah.

6.3.1. Gain (Penguatan Antena)

Pancaran gelombang radio oleh antena semakin jauh akan semakin lemah, melemahnya pancaran itu berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya, jadi pada jarak dua kali lipat kekuatannya menjadi 1/22 atau seperempatnya. Angka tersebut masih belum memperhitungkan melemahnya pancaran karena hambatan lingkungan dalam perjalanannya.

Selain sifat tersebut di atas, sifat lain dari antena adalah bahwa kekuatan pancaran ke berbagai arah cenderung tidak sama. Pancaran gelombang radio oleh antena vertikal mempunyai kekuatan yang sama ke segala arah mata angin, sifat pancaran semacam inilah yang dinamakan omnidirectional. Pada antena dipole, pancaran ke arah tegak lurus bentangannya besar sedang pancaran ke samping sinyalnya kecil, pancaran semacam ini disebut bidirectional.

Beberapa antena harus mempunyai pengarahan yang sangat baik. Hal tersebut bertujuan untuk mendapatkan energi pancaran yang lebih tinggi dalam suatu arah tertentu dibandingkan lainnya.

Perbandingan jumlah dari energi yang dipancarkan dalam arah dan energi tersebut yang seharusnya dipropagasikan jika antena tersebut tanpa diarahkan atau disebut penguatan. Penguatan antena konstan jika antena tersebut digunakan sebagai antena pemancar atau antena penerima. Dalam teknik radio, kekuatan pancaran ke segala arah digambarkan sebagai pola pancaran (radiation pattern).

Pola 1 adalah pola pancaran antena dipole (antena 1), apabila ada antena lain (antena 2) yang mempunyai pola radiasi seperti pada pola 2, maka titik A akan menerima sinyal lebih kuat daripada pancaran antena 1, dapat dikatakan bahwa antena 2 mempunyai penguatan (Gain). Gain dinyatakan dengan dB, sebagai pembanding menentukan besarnya adalah dipole. untuk gain

6.3.2. Polarisasi

Gelombang elektromagnetik yang melaju di udara atau di angkasa luar terdiri atas komponen gaya listrik dan komponen gaya magnet yang tegak lurus satu sama lain seperti yang telah diuraikan pada bab sebelumnya. Gelombang radio yang memancar dapat dikatakan terpolarisasi sesuai arah komponen gaya listriknya. 

Untuk antena dipole maka polarisasinya searah dengan panjang bentangannya. Bila antena tersebut dipasang horizontal, maka polarisasinya horizontal pula. Agar dapat menerima gelombang elektromagnetik secara baik, maka antena harus mempunyai polarisasi yang sama dengan polarisasi gelombang radio yang datang.

Arah polarisasi ini akan tetap sepanjang lintasan gelombang elektromagnetik, kecuali bila gelombang tersebut sudah dipantulkan oleh ionosphere, maka polarisasinya bisa berubah. Oleh karena itu antena untuk keperluan komunikasi jarak jauh pada HF atau MF dapat dibuat vertikal atau horizontal. Pada band MF dan HF, biasanya kita gunakan polarisasi horizontal sedangkan untuk VHF biasa digunakan polarisasi vertikal.

Pancaran gelombang VHF tidak menggunakan pantulan ionosphere, hal ini supaya polarisasinya sampai ke antena pesawat lawan bicara masih tetap vertikal. Energi yang berasal dari antena yang dipancarkan dalam bentuk sphere, dimana bagian kecil dari sphere disebut dengan wave front. Posisi garis tegak lurus yang pengarahan dari medan radiasi dapat dilihat pada gambar 5.6. Pada umumnya semua titik pada gelombang depan sama dengan jarak antara antena.

Selanjutnya dari antena tersebut, gelombang akan membentuk kurva yang kecil atau mendekati. Dengan mempertimbangkan jarak, right angle ke arah dimana gelombang tersebut dipancarkan, maka polarisasi dapat digambarkan sebagaimana gambar 6.6.

Radiasi gelombang elektromagnetik dibangkitkan oleh medan magnetik dan gaya listrik yang selalu berada di sudut kanan. Kebanyakan gelombang elektromagnetik dalam ruang bebas dapat dikatakan berpolarisasi linier. Arah dari polarisasi searah dengan vektor listrik. Bahwa polarisasi tersebut adalah jika garis medan listrik yang disebut dengan garis E adalah membentuk garis horisontal, dan gelombang tersebut dikatakan sebagai polarisasi horisontal. Dan jika E berupa garis vertikal maka gelombang dapat dikatakan sebagai polarisasi vertikal.

Pemasangan antena secara horisontal maka akan menghasilkan gelombang polarisasi horisontal dan pemasangan antena secara vertikal akan menghasilkan gelombang polarisasi vertikal. Secara umum polarisasi sebuah gelombang tidak berubah pada jarak yang pendek. Sehingga pengiriman dan penerimaan antena dapat diatur sesukanya, khususnya jika antena tersebut dipisahkan dalam jarak yang pendek.

Melalui jarak yang jauh, polarisasi dapat berubah, dimana perubahan ini biasanya sangat kecil dan terjadi pada frekuensi yang rendah, atau mengalami penurunan yang sangat dratis pada frekuensi tinggi. Pada transmisi RADAR sinyal diterima yang secara kenyataan adalah gelombang yang dipantulkan dari obyek, Sinyal polarisasi berbeda tergantung dengan tipe obyek, tanpa pengaturan posisi dari antena penerima supaya lebih baik untuk pengiriman sinyal. Dengan memisahkan antena yang digunakan untuk memancarkan dan penerimaan, sebuah antena penerima umumnya dipolarisasikan dalam arah yang sama sebagai antena pemancar.

Ketika antena pemancar terjadi hubung singkat dengan tanah, maka akan terjadi polarisasi vertikal, karena gelombang polarisasi vertikal menghasilkan sinyal lebih besar dan kuat sepanjang permukaan tanah. Pada tempat lain ketika antena memancarkan dengan jarak yang tinggi dari permukaan tanah, akan terjadi polarisasi horisontal dan memungkinkan kuat sinyal menuju permukaan tanah.

6.4. Radiasi Energi Gelombang Elektromagnetik

Berbagai macam faktor yang mempengaruhi antena dalam memancarkan energi gelombang elektromagnetik. Jika sebuah gelombang bolak-balik dipasang pada ujung A dari kawat antena AB, selanjutnya pada ujung B akan bebas, keberadaan rangkaian dan gelombang selanjutnya tidak bisa bergerak.

Pada titik tersebut terjadi apa yang dinamakan impedansi tinggi. Gelombang akan menyebabkan reaksi gelombang balik dari titik impendansi tinggi dan bergerak menuju ke point starting, dimana jika terjadi pantulan kembali. Secara teoritis energi suatu gelombang harus mengalami disipasi oleh tahanan dari kawat selama pergerakan back-and-forth atau yang sering disebut osilasi.

Tiap jangkauan gelombang dari titik permulaan yang dikuatkan oleh impulse dari energi, cukup untuk menghilangkan energi selama pengiriman sepanjang kawat. Hasil osilasi ini berlanjut sepanjang kawat dan tegangan tinggi pada ujung A dari sebuah kawat. Osilasi ini memindahkan energi sepanjang antena pada kecepatan yang sama dengan frekuensi dari tegangan gelombang RF dan memperpanjang sifat dari impuls pada titik A.

Kecepatan data gelombang frekuensi yang bergerak sepanjang kawat adalah dengan kecepatan konstan kira-kira 300.000.000 meter per detik. Panjang antena harus disesuaikan dengan gelombang yang akan bergerak dari satu ujung ke ujung lainnya dan kembali lagi selama satu perioda dari tegangan RF. Jarak perjalanan gelombang selama periode dalam satu cycle diketahui sabagai panjang gelombang. Di mana hal tersebut dapat dicari dengan pembagian kecepatan pergerakan dengan frekuensi.

Perhatikan distribusi arus dan tegangan pada antena yang ditunjukan pada gambar 5.8. Gerakan maksimum dari elektronelektron pada pusat antena adalah mempunyai impendansi rendah.

a.   Arus

b.   tegangan

c.   Arus dan Tegangan

Kondisi di atas disebut dengan gelombang tegak (standing wave) sebuah arus. Pada titik dimana arus dan tegangan tinggi diketahui sebagai arus dan tegangan loop. Titik terendah arus dan tegangan diketahui sebagai arus dan tegangan simpul. Gambar a diketahui sebagai tegangan loop dan dua arus simpul. Gambar b menunjukkan dua tegangan loop dan tegangan node. Sedangkan gambar c sebagai akibat tegangan dan arus loop serta simpul.

Pada gambar di atas, gelombang tegak digambarkan sebagai kondisi resonansi antena. Pada saat beresonansi, sebuah gelombang bergerak kebelakang dan seterusnya dalam sebuah antena, dikuatkan pada tiap-tiap gelombang, kemudian ditransmisikan menuju ruang bebas pada radiasi maksimum. 

Ketika antena tidak beresonansi dan gelombang cenderung untuk dibatalkan dan energi akan hilang dalam bentuk panas. Perkiraan logis dengan hilangnya energi pada radiasi antena sama dengan 360 derajat. Kasus seperti ini tidak terjadi pada setiap antena.

Energi yang dipancarkan oleh antena membentuk medan yang mempunyai bentuk radiasi atau radiation pattern. Radiation pattern digunakan untuk memberikan gambaran dan menentukan ukuran radiasi energi dalam beberapa sudut dengan jarak yang konstan dari antena dan kemudian mengatur nilai energi pada grafik. Bentuk pattern tergantung dari tipe yang dibuat dan tergantung pada jenis antena yang sedang digunakan. Beberapa energi radiasi antena sama ke segala arah. Radiasi ini diketahui sebagai Isotropic Radiation.

Kebanyakan radiator dan energi lebih kuat dalam satu arah atau satu arah dibanding lainnya. Pancaran ini ditunjukan sebagai Anisotropic. Fashlight merupakan contoh dari gelombang radiator anisotropic. Bentuk gelombang dari flash light hanya porsinya dari ruang hampa yang ada disekitarnya.

6.5. Antena Dipole Dan Monopole

Salah satu bagian penting dari suatu pemancar radio adalah antena, ia adalah sebatang logam yang berfungsi menerima getaran listrik dari transmitter dan memancarkannya sebagai gelombang radio. Antena tersebut berfungsi pula sebaliknya ialah menampung gelombang radio dan meneruskan gelombang listrik ke receiver. Kuat tidaknya pancaran yang sampai di pesawat lawan bicara atau sebaliknya, baik buruknya penerimaan tergantung dari beberapa faktor.

Faktor pertama adalah kondisi propagasi, faktor kedua adalah posisi stasiun (posisi antena) beserta lingkungannya, faktor ketiga adalah kesempurnaan antena. Untuk pancaran ada faktor keempat yaitu kelebaran band-width pancaran kita dan faktor kelima adalah masalah power.

Seringkali agar pancaran kita cukup besar diterima stasiun lawan bicara, kita berusaha menaikkan power dengan tanpa memperhatikan faktor-faktor lain tersebut di atas. Memang usaha meperbesar power secara teknis merupakan usaha yang paling mudah, akan tetapi hal ini adalah usaha yang kurang efektif dan cenderung merupakan suatu pemborosan.

Mengenai propagasi dan posisi pemancar ada faktor bandwidth pancaran dapat dikatakan bahwa makin sempit bandwidth makin kuatlah pancaran kita, ini ada batasnya mengingat faktor readibility. Sebatang logam yang panjangnya ¼ Lambda (.) akan beresonansi dengan baik bila ada gelombang radio yang menyentuh permukaannya.

Jadi bila pada ujung coax bagian inner disambung dengan logam sepanjang ¼ . dan outernya di ground, ia akan menjadi antena. Antena semacam ini hanya mempunyai satu pole dan disebut monopole (mono artinya satu). Apabila outer dari coax tidak di-ground dan disambung dengan seutas logam sepanjang ¼ . lagi, menjadi antena dengan dua pole dan disebut dipole ½ . (di artinya dua).

Antena dipole bisa terdiri hanya satu kawat saja disebut single wire dipole, bisa juga dengan dua kawat yang ujung-ujungnya dihubungkan dinamakan two wire folded dipole, bisa juga terdiri atas 3 kawat yang ujung-ujungnya disambung dinamakan three wire folded dipole.

Berbagai macam cara untuk memasang antena tergantung dari tersedianya space yang dapat diguakan untuk memasangnya. Antena single wire dipole dapat dipasang horizontal (sayap kiri dan kanan sejajar dengan tanah), dapat pula dipasang dengan konfigurasi inverted V (seperti huruf V terbalik), dengan konfigurasi V (seperti huruf V), konfigurasi lazy V (ialah berentuk huruf V yang tidur) atau dapat juga konfigurasi sloper (miring).

Antena dipole dapat dipasang tanpa menggunakan balun akan tetapi bila feeder line menggunakan kabel coaxial sebaiknya dipasang balun 1:1, karena kabel coaxial itu unbalance, sedangkan antenanya balance, agar diperoleh pola radiasi yang baik.

Kadang antena belum tentu sesuai impendansinya. Oleh karenanya harus disesuaikan impendasinya. Cara mematchingkan antena yang baik ialah dengan menggunakan alat khusus yaitu Dip Meter dan impendance meter atau dapat juga menggunakan SWR analyser. Apabila alat tersebut tidak tersedia, matching dilakukan dengan menggunakan transceiver dan SWR meter.

Pertama-tama pasanglah antena dengan konfigurasi yang dikehendaki. Pasanglah SWR meter diantara transceiver dengan transmission line (coaxial cable). Selanjutnya atur transceiver pada power yang paling rendah, sekitar 5-10 Watt dengan mode AM atau CW. 

Tentukan frekeuensi kerja yang dikehendaki, misalnya 3.850 MHz. Coba transmit sambil mengamati SWR meter, putarlah tombol pengatur frekuensi sedemikian sehingga didapatkan Standing Wave Ratio (SWR) yang paling rendah.

Bila frekuensi tersebut lebih rendah dari 3.850 MHz berarti sayap-sayap dipole terlalu panjang, jadi harus diperpendek. Bila frekuensi terlalu tinggi berarti sayap-sayap dipolenya terlalu pendek. Untuk memperpanjang haruslah disambung, ini kurang menyenangkan. 

Jadi pemotongan awal antena harus dilebihi dari panjang theoritis, dan pada waktu dipasang dilipat balik sehingga panjangnya sama dengan panjang theoritis. Bila frekuensi match terlalu rendah, perpendek antena 10 Cm setiap sayapnya.

Bila masih terlalu rendah maka diperpendek lagi. Begitu seterusnya sehingga diperoleh SWR yang rendah yaitu kurang dari 1:1,5. Cara memendekkan tidak dengan dipotong tetapi dilipat balik dan menumpuk rapat, lipatan yang mencuat akan membentuk capasitance head dan mempengaruhi SWR.

Antena dipole dapat dioperasikan secara harmonic, ialah dipekerjakan pada frekuensi kelipatan ganjil dari frekuensi kerja aslinya. Misalnya antena untuk 7 MHz dapat pula digunakan untuk bekerja pada 21 MHz (kelipatan 3). Tentu saja SWR-nya akan lebih tinggi daripada bila digunakan pada frekuensi aslinya.

Penempatan antena disarankan agak jauh dari kawat telepon dan kawat listrik untuk menghindari timbulnya telephone interference dan televisi interference. Bentangan antena yang sejajar dengan kawat telepon atau kawat listrik dengan jarak kurang dari lima meter akan dapat menimbulkan gangguan pada pesawat telepon, televisi dan perangkat audio lainnya.

Makin rendah letak antena, sayap-sayapnya cenderung makin pendek. Untuk itu dalam pekerjaan matching, antena diletakkan pada ketinggian yang sebenarnya. Begitu pula diameter kawat akan berpengaruh terhadap panjangnya, makin besar diameter makin pendek antenanya, hal ini disebabkan karena kapasitansi antena terhadap bumi. Matching antena pada saat tanah basah, misalnya sehabis turun hujan, sayap dipole menjadi lebih pendek.

Selain itu dalam pemasangan antena juga perlu memperhatikan lingkungan yang mungkin mengganggu antena itu sendiri. Misalnya adanya atap dari bahan seng atau atap rumah yang dilapisi dengan aluminium foil cenderung akan menyulitkan matching antena.

6.6. Menghitung Panjang Gelombang

Cepat rambat gelombang sama dengan cahaya ialah 300.000.000 meter/detik, sedangkan gelombang tersebut bergetar sejumlah f cycle/detik (f = frekuensi). Misalnya frekuensinya 6 MHz, maka setiap detik ia bergetar 6.000.000 kali. Kita tahu bahwa satu Lambda (.) adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang selama satu kali getar.

Gambar 6.13. Gelombang Frekuensi 1 Lambda

Sehingga panjang satu Lambda adalah :

Kalau f dalam MHz dan . dalam meter, maka rumusnya menjadi

Dari persamaan di atas adalah panjang gelombang di udara. Cepat rambat gelombang listrik pada logam itu lebih kecil, yaitu 0.95 kali gelombang radio di udara. Jadi untuk menghitung Lambda antena, rumus tersebut menjadi : dimana . dinyatakan dalam meter dan f dalam MHz.

Antena dipole untuk frekuensi 7.050 MHz, dengan rumus di atas akan didapatkan panjang setiap sayapnya 9.99 meter atau dibulatkan 10 meter, panjang 10 meter ini dinamakan panjang theoritis. Panjang theoritis tersebut belum dapat langsung digunakan karena faktor pengaruh lingkungan belum diperhitungkan, kita tahu bahwa pengaruh lingkungan di setiap lokasi itu berbeda. Perhitungan theoritis ini mutlak diperlukan agar kita bisa memulai percobaan, tanpa perhitungan theoritis kita tidak akan bisa mengetahui dari mana kita akan memulai percobaan.

Selain itu harus diketahui pula bahwa lingkungan sangat berpengaruh terhadap panjang theoritis, terutama apabila antena itu dipasang rendah. Untuk itu, maka dalam praktek panjang theoritis tersebut harus diberikan koreksi yang dinamakan koreksi lingkungan. 

Penyesuaian dengan lingkungan itu dilakukan dengan metoda trial and error. Metoda trial and error adalah suatu metoda ilmiah yang digunakan apabila ada dua variabel yang saling tergantung atau bila ada beberapa variabel yang tidak dapat diukur besarnya.

6.7. Beban Antena

Beban antena akan menggunakan sebuah sistem antena untuk dipancarkan pada beberapa frekuensi yang berbeda. Setelah itu, antena harus selalu dalam beresonansi. Secara phisik diluar akan terjadi perubahan yang secara listrik semakin baik. Untuk mengubah masukan sebagai antena seri. Pengubahan ukuran sebuah antena, dapat juga memasukan induktor atau kapasitor yang dipasang secara seri dengan antena.

Perubahan sepanjang kelistrikan yang merupakan metode yang dikenal dengan Lumped-Impedance Tuning or Loading. Jika antena sangat pendek dan bekerja pada panjang gelombang yang sedang digunakan, maka hal tersebut akan memberikan resonansi pada frekuensi tinggi. Sehingga antena tersebut akan menyediakan kapasitive reaktansi yang dapat dikompensasi dengan memperkenalkan lumoed induktive reaktansi.

6.8. Pengaruh Tanah

Ground memberikan pengaruh losses untuk beberapa frekuensi. Seperti losses dapat segera direduksi jika antena disambungkan dengan baik dengan ground, yang telah disediakan di alam sekitarnya. Ini merupakan tujuan dari ground screen dan Counterpoise. Ground screen seperti sebuah konduktor yang diatur pada bentuk radial dari sebuah konduktor seri.

Panjang konduktor masing-masing biasanya ½ dari gelombang panjangnya. Ground screen pada gambar 6.15. merupakan komposisi dengan konduktor seri yang diatur dalam radial patern dan disembunyikan dalam 1-3 feed di bawah permukaan tanah. Konduktor ini masing-masing memiliki ½ panjang gelombang, dengan menghilangkan ground losess setelah sampai tertinggal tiap-tiap losessnya dalam penyebaran antena.

6.9. Antena Very Low Frequency

Kesulitan utama dalam VLF dan LF adalah desain antena yang secara phisik mempunyai ukuran yang sangat besar dimana ukuran dari sebuah antena dan panjang gelombang frekuensi yang harus kurang dari frekuensi yang akan ditransmisikan.

Ukuran antena ini menjadi besar untuk melakukan kompensasi panjang gelombang dan penanganan daya yang digunakan (0.25 MW sampai 2 MW), pemancaran antena untuk VLF juga harus menggunakan tower 600 sampai dengan 1500 feet tingginya, sangat mahal untuk kapasitif loading dan sistem cooper ground untuk mereduksi kerugian gelombang tanah. Kapasitif loading menaikkan karakteristik bandwith, sedangkan antena ground plane meningkatkan efisiensi radiasinya.

Bentuk konfigurasi antena dapat ditunjukan pada gambar di bawah. Variasi dasar ini digunakan secara umum oleh Navy VLF sites.

a. Antena Triaktic Pandangan sisi atas

b. Antena Triaktic Pandangan sisi samping

6.10. Antena Low Frequency

Antena yang digunakan pada LF juga mempunyai ukuran yang besar seperti halnya pada frekuensi VLF. Antena Pan Polar seperti halnya payung yang dibebankan pada satu penyangga tunggal. Antena polar mempunyai tiga beban loop space dengan sudut 120 derajat yang bagian atasnya disambung. Dua buah terminal loop yang diterminalkan pada ground, sedangkan lainnya menggunakan feed. 

NORD antena menitik beratkan pada prinsip foldedunipole, yaitu sebuah tower vertikal radiator yang ditanahkan pada sebuah titik dan digabungkan menjadi satu atau lebih gabungan kawat pada titik atas tower.

Ketiga beban yang berasal dari atas sambugan tower dibentangan ke segala arah sebesar 120 derajat sehingga membentuk tiga terminasi tower. Tiap-tiap beban kawat mempunyai panjang kira-kira sama dengan tinggi tower ditambah 100 kaki. Pada beban atas kawat harus diisolasi dari tanah dengan tower tersebut.

6.11. Antena High Frequency

Sistem antena radio High Frequency (HF) digunakan untuk mendukung beberapa banyak perbedaan dari rangkaian yang berbeda termasuk ship-to-shore, point-to-point, dan ground-to-air. Aplikasi yang berbeda-beda membutuhkan sejumlah antena yang beraneka ragam jenisnya yang akan dijelaskan pada bagian ini.

6.11.1. Antena Yagi

Antena pengarah dalam tulisan ini adalah antena Yagi. Antena ini ditemukan oleh Dr. H. Yagi dari Tokyo Univesity pada tahun 1926. Antena Yagi yang paling sederhana adalah antena 2 elemen yang terdiri atas satu radiator atau driven elemen dan satu elemen parasitik sebagai director dengan spacing sekitar 0.1 .. Power gain dapat mencapai sekitar 5 dB dengn front to back ratio sebesar 7 sampai 15 dB. Gain akan menjadi sedikit lebih rendah apabila parasitik elemen tersebut dipasang sebagai reflektor.

Untuk band-band 10 atau 30 meter, bahan elemen dapat dari tubing aluminium. Akan tetapi untuk band 160 meter atau 80 meter, tubing aluminium menjadi tidak praktis karena terlalu panjang sehingga kurang kuat, lebih praktis digunakan kawat dengan konsekuensi tidak dapat diputar arah.

Panjang elemen Yagi dipengaruhi oleh diameter elemen dan adanya sambungan-sambungan, baik diameter elemen maupun banyaknya sambungan akan memberikan pengaruh terhadap kapasitansi antar elemen, seperti diketahui bahwa dua logam yang terletak sejajar tersebut akan merupakan suatu kapasitor.

Rumus perkiraan untuk menghitung panjang elemen dan spacing antena Yagi dua elemen adalah sebagai berikut:

Driven elemen 145/f (MHz) meter.

Director 137/f (MHz) meter.

Spacing 36.6/f (MHz) meter

Elemen antena Yagi untuk band 20, 17, 15, 12 dan 10 meter lebih praktis dibuat dari bahan tubing aluminium, sehingga dapat diputar-putar dengan menggunakan rotator yang digerakkan dengan listrik atau rotator yang digerakkan dengan tangan. 

Tubing yang diperlukan untuk membuat antena ini adalah tubing aluminium yang tebal yang disusun secara teleskopik, yaitu ditengah diameter besar, makin ke ujung diameter makin mengecil, agar antena tersebut tidak menjadi terlalu melengkung ke bawah pada ujung-ujungnya.

Untuk antena 10 meter, elemen dapat dibuat dari tubing diameter ½ inch dan ¾ inch, untuk 20 meter dengan diameter ¼, ½ h, ¾ dan 1 inch. Mengenai diameter tubing dapat dicoba-coba sendiri sehingga didapatkan performance yang cukup baik.

Antena untuk band-band 20 sampai 10 meter dapat dibuat dengan 3 elemen, yaitu driven elemen, satu reflektor dan satu director. Power gain antena tergantung pada spacing antar elemen, dengan spacing 0.15 . antena ini diharapkan akan memeberikan gain sebesar sekitar 8 dB dengan front to back ratio antara 10 sampai dengan 25 dB.

Panjang elemen dan spacing antar elemen dapat diperhitungkan dengan rumus sebagai berikut ini :

Reflektor 153/f (MHz) meter.

Driven 144 / f (MHz) meter.

Director 137 / f (MHz) meter.

Spacing 36.6 / f (MHz) meter

Elemen antena Yagi di atas masih dapat ditambah lagi menjadi 4 elemen dengan menambahkan satu director akan tetapi panjang elemennya perlu diubah. Seperti telah diutarakan di atas, power gain antena tergantung pada spacing antar elemen atau dapat dikatakan panjang boomnya.

Dengan panjang boom 0.45 . antena 4 elemen, antena Yagi diharapkan akan memberikan gain sebesar sekitar 9.5 dB sampai 10 dB dengan front to back ratio antara 15 sampai 25 dB. Apabila kita perhatikan antara penambahan jumlah elemen dan tambahan power gainnya, maka terlihat bahwa antena dengan 3 elemen dapat dipandang merupakan jumlah elemen yang paling optimal. Tambahan jumlah elemen berikutnya makin tidak memberikan angka yang berarti. 

Untuk antena Yagi empat elemen, perhitungan panjang elemen serta spacingnya dapat menggunakan tabel sebagai berikut :

Reflektor 153 / f (MHz) meter.

Driven 144 / f (MHz) meter.

Director 1 137 / f (MHz) meter.

Director 2 135 / f (MHz) meter.

Spacing 36.6 / f (MHz) meter

Perlu diperhatikan sekali lagi bahwa diameter tubing, panjang masing-masing bagian elemen, serta ketinggian antena akan sangat berpengaruh terhadap kepanjangan elemen Yagi. Rumus tersebut di atas akan memberikan panjang theoritis yang masih perlu koreksi lingkungan. 

Dalam praktek di lapangan, praktisi radio diharapkan mengadakan banyak percobaan, sehingga akan didapatkan hasil yang paling baik disesuaikan dengan bahan yang dipergunakan serta kondisi lingkungan ditempat masing-masing. Suatu antena yang sudah diset baik di suatu lokasi, bila dipasang di lain lokasi bisa menjadi kurang baik.

6.11.2. Antena Very High Frequency

Di tempat-tempat terpencil atau dalam keadaan darurat sering diperlukan daya improvisasi untuk membuat antena dari bahan-bahan yang terdapat disekeliling kita. Antena sederhana ini dapat dibuat dari bahan sembarang logam yang bisa didapatkan misalnya sepotong kawat jemuran atau sepotong pipa kecil bekas rak piring atau sebatang ruji sepeda. Untuk antena VHF 2 meteran, konfigurasi antena yang digunakan adalah vertikal, untuk memperoleh polarisasi vertikal.

Batang logam yang didapat tersebut dipotong sepanjang ¼ Lambda dan disambung dengan inner dari coaxial cable. Antena semacam ini sudah dapat digunakan dengan cukup bagus. Untuk lebih sempurna dapat ditambahkan ground plane yang dihubungkan dengan outer dari coaxial cable 3 atau 4 biji dipasang horizontal. 

Panjang masing-masing ground plane ¼ lambda, antena semacam ini disebut antena ground plane. Kecuali antena ground plane, antena VHF sederhana yang lain adalah antena dipole yang dipasang vertikal. Pada antena ini arah dipole atau coax jangan sampai sejajar dengan dipole.

6.11.3. Antena Yagi untuk band VHF

Antena Yagi untuk Band VHF biasanya elemen dibuat lebih banyak untuk mendapatkan gain yang memuaskan penggunanya. Walaupun disadari bahwa penambahan director makin banyak makin memberikan tambahan gain yang makin kecil, akan tetapi karena ujud fisik antena tersebut kecil dan ringan, maka penambahan elemen yang banyak tidak mempunyai dampak buruk bagi ketahanan boom dan ketahanan terhadap tiupan angin serta jumlah bahan yang dipakai.

Seperti halnya dengan antena Yagi untuk HF, maka driven element dapat berupa dipole, akan tetapi kebanyakan menggunakan gamma matching device. Untuk VHF, konfigurasi elemen-elemennya dibuat tegak untuk mendapatkan polarisasi vertikal. Yang perlu diperhatikan disini adalah feeder line harus diatur sedemikian sehingga tegak lurus dengan arah bentangan elemen. 

Feeder line dapat ditarik kearah belakang mengikuti boom atau dapat juga ditarik tegak lurus dengan boom dan tegak lurus pula dengan bentangan elemen. Gambar 8 adalah suatu contoh antena Yagi untuk VHF 2 meter dengan 7 elemen, terdiri atas driven element, reflektor dan 5 buah director.

6.12. Rangkuman

Dari uraian tersebut diatas maka dapat ambil inti pembahasan pada bagian ini yakni sebagai berikut :

1.   Antena teknik informasi dapat diartikan bahwa antena mempunyai tugas menyelusuri jejak gelombang elektromagnetik, hal ini jika antena berfungsi sebagai penerima, sedangkan jika sebagai pemancar maka tugas antena tersebut adalah menghasilkan sinyal gelombang elektromagnetik.

2.  Secara phisik ukuran sebuah antena harus proporsional dengan panjang gelombang. Semakin tinggi frekuensi yang digunakan maka akan semakin kecil ukuran antena yang digunakan.

3.  Antena pemancar dibagi menjadi dua klasifikasi dasar yaitu: Antena Hertz (half-wave) dan Antena Marconi (quarter-wave).

6.13. Soal Latihan

Kerjakan soal-soal dibawah ini dengan baik dan benar.

1.   Apa yang dimaksud dengan antena telekomunikasi.

2.   Sebutkan fungsi antena dalam sistem telekomunikasi.

3.   Sebutkan sifat-sifat antena telekomunikasi yang ideal.

4. Jika diketahui kecepatan rambat gelombang sebesar 300.000 km/detik, sedangkan frekuensi pemancar sebesar 1,5 MHz, berapa panjang gelombang pada pemancar tersebut.

5. Tentukan jarak maksimum antara dua antena supaya dapat berhubungan secara LOS, jika tinggi antena adalah pemancar 100 feet dan penerima 50 feet.

Tweet

Postingan terkait:

Ditulis Unknown — Saturday, August 27, 2016 — Add Comment — KOMUNIKASI