Pengertian Antenna

Antena secara umum dapat didefinisikan sebagai sebuah

atau sekelompok konduktor yang digunakan untuk memancarkan

atau mengirimkan gelombang elektromagnetik menuju ruang bebas

yang dapat juga berfungsi sebagai penerima gelombang

elektromegnetik yang terdapat di ruang bebas. Pada radar atau

sistem komunikasi satelit sering dijumpai sebuah antena yang

melakukan kedua fungsi (peradiasi dan penerima) sekaligus.

Namun pada sebuah teleskop radio, antena hanya menjalankan

fungsi penerima saja.

Gelombang elektromagnetik yang dipancarkan melalui antena

akan di distribusikan dengan pola tertentu, misalnya ke semua

arah atau hanya tertuju pada satu arah spesifik tertentu saja.

Pemilihan pola pancar / pola radiasi disesuaikan berdasarkan

karakter yang di miliki pada masing-masing antena.

Gelombang Elektromagnet

Gelombang elektromagnet adalah gelombang yang mempunyai

sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Antena

pemancar yang dilalui oleh arus listrik akan membangkitkan

medan magnet yang melingkari antena pemancar dan medan magnet

ini kemudian akan menginduksi antena penerima, sehingga

semakin banyak medan magnet yang mengenai penampang pada

antena penerima, maka akan mengakibatkan arus / sinyal yang

dihasilkan oleh antena penerima menjadi maksimal / tinggi.

Jika antena penerima dapat diputar secara perlahan-lahan, maka

medan magnet yang mengenai penampang di sisi antena penerima

akan semakin sedikit, sehingga arus / sinyal gelombang

elektromagnetik yang di terima oleh suatu antena juga akan

semakin kecil.

Gelombang radio merupakan bagian dari gelombang

elektromagnetik pada spectrum frekuensi radio. Spektrum

elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang

terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi

sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang

gelombang sangat panjang. Pembagian ini secara historis

berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam

mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan

dalam  panjang gelombang untuk energi menengah, dan dalam

frekuensi untuk energi rendah (λ ≥ 0,5 mm). Istilah "spektrum

optik" juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum

elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian

rentang panjang gelombang saja (320 - 700 nm).

Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan

frekuensi. Panjang gelombang (λ) erat kaitannya dengan

frekuensi (ƒ) dan cepat rambat (ν). Cepat rambat suatu

gelombang elektromagnetik dipengaruhi pada medium

transmisinya, ketika medium rambatnya adalah hampa udara (free

space), maka v = c = 3 x 108 m/s (c = kecepatan cahaya).

Berikut adalah persamaan yang digunakan untuk menentukan

panjang suatu gelombang :

λ = vfKarakteristik Antena

Beberapa karakter antena yang perlu dipertimbangkan dalam

memilih jenis antena untuk suatu aplikasi (termasuk untuk

digunakan pada sebuah teleskop radio), yaitu pola radiasi,

directivity, gain, dan polarisasi. Karakter-karakter ini

umumnya sama pada sebuah antena ketika antena tersebut menjadi

peradiasi (Tx) atau menjadi penerima (Rx), untuk digunakan

pada suatu frekuensi, polarisasi, dan bidang irisan tertentu.

Pola radiasi Antena

Pola radiasi antena didefinisikan sebagai representasi

grafik dari sifat radiasi antena sebagai fungsi dari koordinat

arah. Pada sebagian besar kasus, pola radiasi ditentukan pada

luasan wilayah dan direpresentasikan sebagai fungsi dari

koordinat directional. Pola radiasi antena adalah plot 3

dimensi distribusi sinyal yang dipancarkan (transmit) oleh

sebuah antena, atau plot 3 dimensi penerimaan sinyal yang

diterima (receive) oleh sebuah antena.

Directivity dari sebuah antena diukur pada kemampuan yang

dimiliki antena untuk memusatkan energi dalam satu atau lebih

menuju arah tertentu. Antena dapat juga ditentukan

pengarahanya berdasarkan pada pola radiasinya yang

menggambarkan bagaimana antena meradiasikan energi ke ruang

bebas ataupun sebaliknya pada saat antena menerima energi dari

ruang bebas. Berdasarkan arah pancarannya / pola radiasinya

antena dibedakan menjadi 2 macam, yaitu :

- Antena Directional / Unidirectional

Antena Directional atau disebut juga antena pengarah

merupakan jenis antena yang memiliki sudut pemancaran

yang kecil (narrow beamwidth) sehingga daya yang di

pancarkan oleh antena lebih terarah dan relatif mampu

menjangkau jarak yang cukup jauh. Antena directional

mengirim dan menerima sinyal radio hanya pada satu arah

yang menjadi tujuan/ pointing dan pada umumnya digunakan

untuk koneksi point to point dan point to multiple point

yang biasanya digunakan pada sisi hub. Berikut adalah

jenis dari antena direktional seperti antena grid,

parabolic, yagi, dan antena sectoral. Berikut merupakan

gambaran secara umum bentuk pancaran yang dihasilkan oleh

antena directional.

- Antena Omni-Directional

Antena omni-directional mempunyai sifat radiasi atau pola

pancaran sinyal 360 derajat dalam bidang tegak

lurus berdasarkan pada medan magnetnya dan sering

digunakan sebagai access point. Antena jenis ini tidak

dianjurkan untuk digunakan pada saluran transmisi jarak

jauh, dikarenakan pola pancaran antena omni-directional

akan menangkap sinyal lain jika berada di dalam coverage

area pola radiasi nya, sehingga di khawatirkan akan

menyebabkan terjadinya interferensi. Antena omni-

directional mengirim dan menerima sinyal radio dari semua

arah secara sama, biasanya digunakan untuk koneksi

multiple point atau hotspot. Berikut adalah gambar bentuk

pancaran yang dihasilkan oleh antena omni-directional.

Polarisasi Antena

Polarisasi antena merupakan arah perambatan medan listrik

/ radiasi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh

suatu antena dimana arah elemen antena terhadap bidang

permukaan bumi sebagai referensi. Ada empat macam polarisasi

antena yaitu polarisasi vertikal, polarisasi horizontal,

polarisasi circular, dan polarisasi cross.

- Polarisasi Vertikal

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 vertikal jika garis medan listrik yang

disebut dengan garis E berupa garis vertikal maka

gelombang dapat dikatakan sebagai polarisasi vertikal.

Berikut adalah gambar yang menunjukkan arah rambat

polarisasi vertikal.

- Polarisasi Horizontal

Antena dikatakan berpolarisasi horizontal jika garis

medan listrik yang disebut dengan garis E berupa garis

horizontal, maka gelombang dapat dikatakan sebagai

polarisasi horizontal. Polarisasi horizontal digunakan

pada beberapa jaringan wireless. Berikut adalah gambar

yang menunjukkan arah rambat polarisasi horizontal.

- Polarisasi Circular

Pada polarisasi circular arah rambat medan listrik

berputar secara konstan terhadap antena. Ada dua jenis

turunan pada antena polarisasi circular berdasarkan cara

membuatnya yaitu left hand circular dan right hand

circular. Medan Elektromagnetik pada right hand circular

berputar searah jarum jam ketika meninggalkan antena.

Medan elektromagnetik pada left hand circular berputar

berlawanan arah jarum jam ketika meninggalkan antena.

Berikut adalah gambar yang menunjukkan arah rambat

polarisasi circular.

- Polarisasi Cross

Polarisasi cross terjadi ketika antena pemancar

mempunyai polarisasi horizontal, sedangkan antena

penerima mempunyai polarisasi vertikal atau sebalikanya.

Berikut adalah gambar yang menunjukkan arah rambat

polarisasi cross.

Gain Antena

Gain antena adalah karakter antena yang menggambarkan

kemampuan antena dalam mengarahkan radiasi sinyal gelombang

elektromagnetik, maupun pada saat menerima sinyal gelombang

elektromagnetik yang datang dari arah tertentu. Gain bukanlah

kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya

seperti watt atau ohm, melainkan suatu bentuk perbandingan.

Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah

desibel (dB).

Gain dari sebuah antenna besarnya lebih kecil daripada

penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan :

Gain = G = k. D k = efisiensi antenna,

0 ≤ k ≤1

Gain antena dapat diperoleh dengan mengukur power pada

main lobe dan membandingkan powernya dengan power pada antena

referensi. Gain antena diukur dalam desibel, bisa dalam dBi

ataupun dBd. Jika antena referensi adalah sebuah dipole,

antena diukur dalam dBd. Symbol “d” mewakili dipole, jadi

gain antena diukur relative terhadap sebuah antena dipole.

Jika antena referensi adalah sebuah isotropic, maka gain

antena diukur relatif terhadap sebuah antena isotropic.

Gain suatu antena dapat dihitung dengan membandingkan

kerapatan daya maksimum antena yang diukur dengan antena

referensi yang sudah diketahui gainnya. Maka persamaannya

dapat dituliskan sebagai berikut :

G = G (antena referensi) x Pmax(antenayangdiukur)Pmax (antenareferensi)

Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan dengan

persamaan sebagai berikut :

Gt = ( Pt – Ps ) + Gs

Dimana :

Gt = Gain total antena (dB)

Pt = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur (dBm).

Ps = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi (dBm).

Gs = Gain antena referensi (dB)

Decibel (dB) merupakan satuan dari gain antena. Decibel

ditetapkan dengan dua cara, yaitu :

a. Ketika mengacu pada pengukuran daya

XdB = 10 log10 P(antenayangdiukur )P(antenareferensi)

b. Ketika mengacu pada pengukuran tegangan

XdB = 20 log10 P(antenayangdiukur)P(antenareferensi)

VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

Bila impedansi saluran transmisi tidak sesuai dengan

transceiver maka akan timbul daya refleksi (reflected power)

pada saluran yang berinterferensi dengan daya maju (forward

power). Interferensi ini menghasilkan gelombang berdiri

(standing wave) yang besarnya bergantung pada besarnya daya

refleksi. VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang

berdiri (standing wave) maksimum max dengan minimum min.

Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang

tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (Vo+¿¿) dan tegangan

yang direfleksikan (Vo−¿¿). Perbandingan tegangan yang

direfleksikan dengan tegangan yang dikirimkan disebut sebagai

koefisien refleksi tegangan :

I' = Vo−¿

Vo+¿¿¿ =

Z1−Z0

Z1+Z0

Dimana Z1 adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah

impedansi saluran loss less. Koefisien refleksi tegangan

memiliki nilai kompleks, yang mempresentasikan besarnya

magnitudo dan fasa dari refleksi. Penyesuaian impedansi

(matching impedance) adalah suatu cara untuk menyesuaikan

impedansi antena dengan impedansi karakteristik saluran, untuk

beberapa kasus yang sederhana ketika bagian imajiner dari I'

adalah nol, maka:

I' = -1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung

singkat

I' = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan

matched sempurna

I' = +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam

rangkaian terbuka

Sedangkan rumus untuk mencari nilai VSWR adalah :

S = ¿V∨¿max¿V∨¿min¿

¿ = 1+¿r∨ ¿1−¿r∨¿¿

¿

Beamwidth Antena

Beamwidth Adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang

frekuensi radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3

dB menurun dari puncak main lobe. Besarnya beamwidth dapat di

rumuskan sebagai berikut :

B = 21,1f.d derajat

Dimana :

B = 3 dB beamwidth (derajat)

f = frekuensi (Hz)

d = diameter antena (m)

Gambar diatas menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu main

lobe (1), side lobe (2), dan back lobe (3). Half Power

Beamwidth ( HPBW) adalah daerah sudut yang dibatasi oleh

titik-titik ½ daya atau -3 dB atau 0.707 dari medan maksimumpada main lobe. Sedangkan pengertian First Null Beamwidth

(FNBW) adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main

lobe yang intensitas radiasinya nol.

Bandwidth Antena

Lebar band frekuensi (bandwidth) antena adalah daerah

frekuensi kerja saluran transmisi dimana, antena masih dapat

bekerja dengan efektif. Pemakaian sebuah antena dalam sistem

pemancar atau penerima selalu dibatasi oleh daerah frekuensi

kerjanya. Pada range frekuensi kerja tersebut antena dituntut

harus dapat bekerja dengan efektif agar dapat menerima atau

memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu seperti

ditunjukkan pada gambar berikut :

Daerah frekuensi kerja dimana antena masih dapat bekerja

dengan baik dinamakan bandwidth antena. Misalnya sebuah

antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar fc, namun ia juga

masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f1 (di bawah

fc) sampai dengan f2 (di atas fc), maka bandwidth antena

tersebut adalah :

Bandwidth yang dinyatakan dalam persen digunakan untuk

menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit (narrow

band). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya

digunakan definisi rasio antara batas frekuensi atas dengan

frekuensi bawah.

Sistem dan Arsitektur Jaringan GSM

GSM (Global System for Mobile communication) adalah suatu

teknologi yang digunakan dalam komunikasi mobile dengan teknik

digital. Sebagai teknologi yang dapat dikatakan cukup

revolusioner karena berhasil menggeser teknologi sistem

telekomunikasi bergerak analog yang populer pada dekade 80-an,

GSM telah memberikan alernatif berkomunikasi baru bagi dunia

telekomunikasi yang lebih powerful. Dengan menggunakan sistem

sinyal digital dalam transmisi datanya, membuat kualitas data

maupun bit rate yang dihasilkan menjadi lebih baik dibanding

sistem analog.

Teknologi GSM saat lebih banyak digunakan untuk

komunikasi seluler dengan berbagai macam layanannya. Dalam

kehidupan sehari-hari kita lebih mengenal handphone sebagai

aplikasi teknologi GSM yang paling populer. Sejak pertama

pengimplementasiannya sampai sekarang GSM telah dikembangkan

dalam tiga kelompok yaitu GSM 900, 1800 dan 1900. Perbedaan

ketiga kelompok tersebut adalah pada lokasi band frekuensi

yang digunakan. GSM 900 menggunakan frekuensi 900 MHz sebagai

kanal transmisinya. GSM 1800 dan 1900 masing-masing

menggunakan frekuensi 1800 dan 1900 MHz.

Sebuah jaringan GSM dibangun dari beberapa komponen

fungsional yang memiliki fungsi dan interface masing-masing

yang spesifik. Secara umum jaringan GSM dapat dibagi menjadi

tiga bagian utama yaitu :

1. Mobile Station

MS merupakan perangkat yang digunakan oleh pelanggan

untuk melakukan komunikasi. MS terdiri dari dari Mobile

Equipment (ME) dan Subcriber Identity Module (SIM). ME

merupakan terminal transmisi radio yang dilengkapi dengan

International Mobile Equipment Identity (IMEI), sedangkan

SIM berisi nomor identitas pelanggan untuk masuk ke

jaringan operator GSM.

2. Base Station Subsystem

BSS terdiri dari tiga perangkat yaitu :

a. Base Transceiver Station ( BTS )

BTS merupakan perangkat pemancar dan penerima yang

menangani akses radio dan berinteraksi langsung dengan

mobile station (MS) melalui air interface. BTS juga

mengatur proses handover yang terjadi didalam BTS itu

sendiri dan dimonitor oleh BSC.

b. Base Station controller ( BSC )

BSC adalah interface antara BTS dengan MSC dan OMC.

BSC juga mengendalikan beberapa BTS serta mengatur

trafik yang datang dan pergi dari BSC menuju MSC atau

BTS. BSC memanajemen sumber radio dalam pemberian

frekuensi untuk setiap BTS dan mengatur handover

ketika mobile station melewati batas antar sel.

c. Transcoder (XCDR)

XCDR berfungsi untuk mengkompres data atau suara

keluaran dari MSC (64 Kbps) menjadi 16 Kbps ke arah

BSC dan sebaliknya untuk effisiensi kanal transmisi.

3. Network Switching System (NSS)

NSS berfungsi sebagai switching pada jaringan GSM,

memanajemen jaringan, sebagai interface antara jaringan

GSM dengan jaringan lainnya. Komponen NSS pada jaringan

GSM terdiri dari :

a. Mobile Switching Center ( MSC )

MSC bertugas mengatur komunikasi antar pelanggan dan

user jaringan telekomunikasi lainnya.

b. Home Location Register ( HLR )

HLR merupakan database yang berisi data pelanggan yang

tetap suatu wilayah cakupan. Data-data tersebut antara

lain, layanan pelanggan, service tambahan dan

informasi mengenai lokasi pelanggan yang paling akhir

c. Visitor Location Register ( VLR )

VLR merupakan database yang berisi informasi sementara

mengenai pelanggan yang melakukan mobile (roaming)

dari area cakupan lain.

d. Authentication Center (AuC)

AuC berisi data base yang bersifat rahasia yang

disimpan dalam bentuk format kode untuk pengamanan dan

pengontrolan penggunaansistem seluler yang sah dan

mencegah pelanggan yang melakukan kecurangan.

e. Equipment Identity Register (EIR)

Merupakan data base terpusat yang berfungsi untuk

validasi Internasional Mobile

f. Equipment Identity (IMEI).

g. Inter Working Function (IWF)

IWF berfungsi sebagai interface antara jaringan GSM

dengan jaringan lain.

h. Echo Canceller (EC)

EC digunakan untuk sambungan dengan PSTN untuk

mengurangi echo (gaung/gema) dan delay.

4. Network Management System

a. Operation and Maintenance Center (OMC)

OMC sebagai pusat pengontrolan operasi dan

pemeliharaan jaringan. Fungsi utamanya mengawasi alarm

perangkat dan perbaikan terhadap kesalahan operasi.

b. Network Management Centre (NMC)

NMC berfungsi untuk pengontrolan operasi dan

pemeliharaan jaringan yang lebih besar dari OMC.