Antenna & Saluran Transmisi

Transmiter yang membangkitkan daya RF untuk mendorong antena yang biasanya terletak pada jarak tertentu dari teminal antena. Sambungan antara keduanya disebut jalur transmisi RF. Tujuannya adalah membawa daya RF dari satu tempat ke tempat lain, dan melakukan ini seefisien mungkin. Di sisi penerima, antena bertanggung jawab untuk menangkap sinyal radio di udara dan meneruskannya ke penerima dengan gangguan sesedikit mungkin, sehingga radio dapat men-dekode sinyal dengan baik. Atas alasan-alasan ini, kabel RF memiliki peran yang sangat penting dalam sistem-sistem radio: ia harus menjaga integritas sinyal dalam dua arah.

Ada dua kategori umum jalur transmisi: kabel dan bumbung gelombang (Waveguide). Keduanya bekerja sangat baik untuk secara efisien membawa daya RF di frekuensi 2.4 GHz.

Kabel

Kabel RF, untuk frekuensi lebih tinggi daripada HF, adalah kabel coaxial (atau coax pendeknya, berasal dari kata-kata “common axis”). Kabel coax memiliki kawat konduktor ditengahnya yang dikelilingi oleh material non-konduktif yang dinamakan dielektrik, atau insulator. Dielektrik ini kemudian dikelilingi oleh pembungkus yang sering kali terbuat dari kabel lilitan. Dielektrik mencegah konektor di tengah dan kabel pembungkusl. Akhirnya, coax dilindungi oleh sebuah penutup luar yang pada umumnya terbuat dari bahan PVC. Konduktor bagian dalam membawa sinyal RF, and pelindung luar mencegah sinyal RF untuk meradiasi ke atmosfer, and juga mencegah sinyal luar dari mengganggu sinyal yang dibawa oleh pusat. Sebuah fakta menarik lainnya adalah sinyal frekuensi tinggi selalu berjalan pada lapisan luar konduktor: semakin besar konduktor di tengah, semakin baik sinyal akan mengalir. Hal ini dinamakan”efek kulit” atau “skin effect”.

Gambar 4.1: Kabel coax dengan jaket, pelindung, dielektrik, dan konduktor inti / tengah.

Walaupun konstruksi coaxial sangat baik untuk menyimpan sinyal pada kawat utama, terdapat hambatan terhadap aliran listrik: sepanjang sinyal berjalan menuju intinya, sinyal tersebut akan memudar. Pemudaran ini dikenal sebagai atenuasi, dan untuk jalur pemancaran, ini diukur dalam decibel per meter (dB/m). Laju atenuasi adalah fungsi frekuensi sinyal dan konstruksi fisik dari kabel itu sendiri. Ketika frekensi sinyal bertambah, bertambah pula atenuasinya. Jjelas, kita harus mengurangi atenuasi kabel serendah mungkin, dengan cara membuatnya sependek mungkin dan menggunakan kabel berpiringantas tinggi.

Berikut adalah beberapa hal penting yang patut dipertimbangkan pada saat memilih kabel yang akan digunakan dengan peralatan gelombang mikro:

1. “Semakin pendek semakin baik!” Aturan pertama pada saat anda memasang sebuah kabel adalah mencoba untuk membuatnya sependek mungkin. Kehilangan daya tidaklah linear, sehingga menggandakan panjang kabel berarti anda akan kehilangan jauh lebih banyak daripada dua kali daya. Dalam cara yang sama, mengurangi panjang kabel sampai setengah memberikan anda daya yang dua kali lebih kuat dari daya antena. Solusi terbaik adalah meletakan pemancar sedekat mungkin ke antena, walaupun ini berarti meletakkannya diatas menara.
2. “Semakin murah semakin buruk!” Aturan kedua adalah uang yang anda gunakan dalam membeli sebuah kabel berpiringantas baik adalah sebuah keuntungan. Kabel murah ditujukan pada penggunaan di frekuensi rendah, seperti VHF. Sedangkan gelombang mikro membutuhkan kabel berpiringantas yang tinggi. Semua pilihan lainnya merupakan “dummy load”2.
3. Selalu hindari RG-58. Ini ditujukan untuk jaringan coax untuk Ethernetl, radio CB atau radio VHF, bukan gelombang mikro.
4. Juga selalu hindari RG-213. Ini ditujukan untuk radio CB dan radio HF. Dalam kasus ini, diameter kabel bukan berarti piringantas tinggi, atau atenuasi rendah.
5. Sebisa mungkin, gunakan kabel Heliax (atau biasa disebut kabel “Foam” atau dalam bahasa pasar di Indonesia disebut kabel “Teflon”) untuk menyambungkan pemancar ke antena. Ketika Heliax tidak tersedia, gunakan kabel LMR yang terbaik yang anda dapat temukan. Kabel Heliax memiliki sebuah pusat konduktor yang padat atau berbentuk tabung dengan konduktor luar padat yang berkerut untuk memungkinkan mereka untuk lentur. Heliax dapat dibuat dalam dua cara, menggunakan udara maupun foam sebagai dielektrik. Heliax dengan dielektrik udara merupakan yang termahal dan menjamin tingkat kehilangan atau loss yang rendah, namun ini lebih sulit untuk ditangani. Heliax dengan dielektrik foam lebih rentan terhadap loss, namun lebih murah dan mudah untuk dipasang. Sebuah prosedur special dibutuhkan pada saat menyolder konektor untuk menjaga dielektrik foam agar tetap kering dan tidak rusak. LMR adalah sebuah merek kabel coax yang tersedia dalam berbagai diameter yang dapat bekerja di frekuensi-frekuensi gelombang mikro. LMR-400 dan MLR-600 merupakan alternatif yang secara umum digunakan selain Heliax.
6. Sebisa kapanpun, gunakan kabel-kabel yang sudah dikrimping dan dites di sebuah lab. Memasang konektor kabel sangatlah rumit, dan sulit untuk dilakukan secara benar bahkan dengan alat yang pas. Kecuali anda mempunyai peralatan yang dapat menguji sebuah kabel yang anda buat sendiri (seperti spectrum analyzer dan signal generator atau time domain reflectometer), penyelesaian masalah jaringan yang menggunakan kabel buatan sendiri dapat menjadi sulit.
7. Jangan merusak jalur pemancar anda. Jangan pernah menginjak kabel, terlalu banyak membengkokan, atau mencoba untuk mencabut sebuah konektor dengan cara langsung menarik kabel tersebut. Semuanya ini dapat merubah karakteristik mekanis kabel dan impedansinya, memperpendek konduktor dalam hingga lapisan pelindung, atau bahkan memutuskan jalur. Semua masalah-masalah ini sangat sulit dilacak dan dapat menjurus pada ketidakstabilan pada sambungan radio.

Pemandung atau Bumbung Gelombang (Waveguide)

Diatas 2 GHz, pandu gelombang cukup pendek untuk memperbolehkan pemindahkan energi yang praktis dan efisien dengan cara-cara yang berbeda. Sebuah pandu gelombang adalah sebuah tabung konduksi dimana energi dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Tabung tersebut beraksi sebagai batas yang mengurung gelombang-gelombang tersebut dalam sebuah ruangan tertutup. Efek sangkar Faraday mencegah efek-efek elektromagnetik agar tidak muncul diluar pandu. medan elektromagnetik dipropagasikan melalui pandu gelombang dengan refleksi terhadap dinding bagian dalamnya, yang dianggap sebagai konduktor sempurna. Intensitas medan sangat besar di pusat sepanjang dimensi X, dan harus berkurang sampai nol di akhir dinding karena keberadaan medan apapun yang paralel dengan dinding di permukaan dapat menimbulkan arus tak terbatas yang mengalir dalam sebuah konduktor sempurna. Pandu gelombang tentunya tidak dapat mengangkut RF dalam cara ini.

Dimensi X, Y, dan Z sebuah pandu gelombang persegi dapat dilihat dalam gambar seperti berikut:

Gambar 4.2: Dimensi X, Y, dan Z dari sebuah pandu gelombang rectangular.

Ada banyak cara bagi medan listrik dan medan magnet untuk mengatur diri mereka sendiri dalam sebuah pandu gelombang untuk frekuensi diatas frekuensi cutoff rendah. Setiap konfigurasi medan disebut sebuah mode. Mode-mode ini dapat dipisahkan menjadi dua kelompok. Yang pertama, disebut TM (Transverse Magnetic), memiliki medan magnetik yang seluruhnya melintang terhadap arah propagasi, namun memiliki komponen medan listrik searah dengan arah propagasi. Tipe yang lainnya, disebut TE (Transverse Electric), memiliki medan listrik yang seluruhnya melintang, namun memiliki komponen medan magnet searah dengan arah propagasi.

Mode propagasi diidentifikasikan dengan kelompok huruf-huruf yang diikuti oleh dua nomor terletak dibawah garis. Sebagai contoh, TE 10, TM 11, dsb. Jumlah mode yang dimungkinkan bertambah dengan frekuensi untuk ukuran bumbung gelombang yang diberikan, dan hanya ada satu cara yang mungkin, yang dinamakan mode dominan, untuk frekuensi yang paling rendah yang bisa diteruskan. Di bumbung gelombang persegi empat, dimensi kritis ialah X. Dimensi ini harus lebih dari 0,5 λ di frekuensi yang paling rendah yang akan diteruskan. Dalam prakteknya, dimensi Y biasanya dibuat hampir setara dengan 0,5 X untuk menghindari kemungkinan beroperasi di freuensi lain selain mode dominan. Bentuk cross-section selain segi empat dapat dipakai, yang paling penting adalah bentuk pipa bundar. Banyak pertimbangan yang sama berlaku seperti dalam kasus persegi empat. Dimensi panjang gelombang bagi pemandu persegi empat dan bundar tersedia di tabel berikut, di mana X adalah lebar pemandu persegi empat dan r adalah radius pemandu bundar. Semua bilangan berlaku untuk mode dominan.

Tipe Bumbung Gelombang	Persegi Empat	Lingkaran / Bundar
Panjang Gelombang Cutoff	2 X	3.41 r
Panjang Gelombang terpanjang yang dapat di teruskan dengan sedikit redaman	1.6 X	3.2 r
Panjang gelombang terpendek sebelum mode selanjutnya memungkinkan	1.1 X	2.8 r

Energi mungkin dapat dimasukan ke dalam atau diambil dari bumbung gelombang melalui medan listrik ataupun medan magnet. Transfer energi biasanya terjadi lewat kabel koaksial. Dua metode mungkin untuk penghubungan ke kabel koaksial adalah memakai konduktor bagian dalam kabel koaksial, atau melalui loop. Sebuah probe yang hanya merupakan perpanjangan konduktur yang pendek dari konduktor bagian dalam kabel koaksial dapat di orientasikan agar sejajar dengan garis gaya listrik. Sebuah loop dapat diatur agar menutup beberapa garis gaya magnetik. Titik dimana sambungan maksimum didapatkan bergantung pada cara propagasi di bumbung gelombang atau di rongga. Sambungan maksimum terjadi kalau alat penyambung berada di wilayah yang medannya paling kuat.

Jika waveguide dibiarkan terbuka di satu ujung, waveguide tersebut akan memancarkan energi (artinya, waveguie dapat dipakai sebagai antena bukan sebagai jalur pengiriman). Radiasi ini bisa ditingkatkan dengan membentuk waveguide untuk membentuk antena horn yang berbentuk piramida. Kita akan melihat contoh praktis antena waveguide untuk WiFi nanti di bab ini.

Tipe Kabel	Inti	Dielektrik	Pelindung	Jaket
RG-58	0.9 mm	2.94 mm	3.8 mm	4.95 mm
RG-213	2.26 mm	7.24 mm	8.64 mm	10.29 mm
LMR-400	2.74 mm	7.24 mm	8.13 mm	10.29 mm
3/8” LDF	3.1 mm	8.12 mm	9.7 mm	11 mm

Ini adalah tabel yang membandingkan ukuran berbagai kabel coax yang biasa digunakan. Pilih kabel terbaik yang anda dapat beli dengan tingkat atenuasi serendah di frekuensi untuk sambungan nirkabel anda.

Konektor dan Adapter

Konektor memungkinkan sebuah kabel dihubungkan dengan kabel lain atau ke peralatan radio. Ada berbagai jenis alat dan konektor yang didesain sesuai dengan berbagai ukuran dan tipe jalur koaksial. Kami akan menggambarkan beberapa yang paling populer.

• Konektor BNC dikembangkan di akhir tahun 40an. BNC adalah singkatan dari Bayonet Neill Concelman, yang dinamai seperti nama orang-orang yang menciptakannya, yaitu Paul Neill dan Carl Concelman. Lini produk BNC adalah konektor miniatur untuk menghubungkan/melepaskan secara cepat. Konektor ini tampak seperti dua bayonet memutar pada konektor perempuan, dan sambungan terbentuk hanya dengan seperempat pemutaran mata sambungan. BNC secara ideal cocok untuk terminasi kabel untuk kabel coax miniatur ke sub-miniaturl (RG-58 ke RG-179, RG-316, dll ). Mereka mempunyai kinerja yang dapat diterima sampai pada sedikitnya GHz. Pada umumnya, mereka ditemukan pada perlengkapan tes dan kabel coaxial ethernet 10base2.

• Konektor TNC juga diciptakan oleh Neill dan Concelman, dan adalah variasi BNC. Dikarenakan intekoneksi yang lebih baik yang disediakan oleh konektor berkumparan, konektor TNC berkerja baik lewat frekuensi sekitar 12 GHz. TNC adalah singkatan dari Threaded Neill Concelman.

• Konektor Type N (sekali lagi bagi Neill, walaupun kadang-kadang dihubungkan dengan “Navy”) semula dibangun selama Perang Dunia ke dua. Mereka dapat dipakai sampai 18 Ghz, dan sangat umum dipakai untuk aplikasi gelombang mikro. Mereka tersedia untuk hampir semua macam kabel. Baik steker/kabel maupun steker/soket stop kontak semua kedap air, dan memberikan kelem kabel efektif.

• SMA adalah singkatan dari SubMiniature versi A, dan dikembangkan di tahun 60-an. Konektor-konektor SMA adalah unit yang sangat presis, kecil / miniatur yang memberikan kinerja listrik yang baik sampai dengan 18 GHz. Konektor berkinersja tinggi ini mempunyai ukuran yang kompak dan mekanis mempunyai daya tahan luar biasa.

• SMB berasal dari SubMiniature B, dan merupakan disain sub-miniatur kedua. SMB ini merupakan versi SMA yang lebih kecil dengan sambungan snap-on. SMB ini menyediakan kemampuan pita lebar sampai 4 GHz dengan pola konektor snap-on.

• Konektor MCX diperkenalkan di tahun 80-an. Walaupun MCX memakai kontak dalam dan dimensi penyekat yang identik dengan SMB, garis tengah luar steker 30% lebih kecil daripada SMB. Seri ini memberikan pilihan bagi perancang jika berat dan ruang terbatas. MCX menyediakan kemampuan pita lebar sampai frekuensi 6 GHz dengan desain konektor snap-on.

Disamping konektor-konektor standar ini, kebanyakan alat WiFi memakai berbagai jenis konektor proprietary. Sering kali, semua ini merupakan konektor-konektor standar gelombang mikro dengan bagian-bagian tengah konduktor yang terbalik, atau ulir yang dipotong berlawanan arah. Bagian-bagian ini sering diintegrasikan ke dalam sistem gelombang mikro sebagai kabel pendek yang dinamakan pigtail yang mengubah yang konektor nonstandar menjadi sesuatu yang lebih kuat dan stabil dari pada yang biasanya. Beberapa dari konektor-konektor ini meliputi:

• RP-TNC. Ini adalah konektor TNC dengan jenis kelamin terbalik. Konektor semacam ini sangat umum ditemukan pada peralatan Linksys, seperti WRT54G.

• U.FL (juga dikenal sebagai MHF). U.FL adalah konektor berpaten dibuat oleh Hi-Rose, sedangkan MHF adalah konektor yang secara mekanis sepadan. Ini mungkin adalah konektor gelombang mikro yang paling kecil yang sekarang sedang digunakan secara luas. U.FL/MHF biasanya dipakai untuk menghubungkan card radio mini-PCI ke

• Seri MMCX, yang juga disebut MicroMate, adalah salah satu konektor RF yang paling kecil dan dikembangkan di tahun 90an. MMCX adalah seri konektor miniatur mikro dengan mekanisme lock-snap yang memungkinkan adanya kemampuan rotasi 360 derajat yang fleksibel. Konektor-konektor MMCX secara umum ditemukan pada kartu radio PCMCIA, seperti yang dibuat oleh Senao dan Cisco.

• Konektor-konektor MC-Card bahkan lebih kecil lagi dan lebih ringkih daripada MMCX. Mereka mempunyai konektor luar terpisah yang dapat rusak secara mudah setelah beberapa interkoneksi saja. Mereka ini secara umum ditemukan pada peralatan Lucent/Orinoco/Avaya.

Gambar 4.3: Sebuah Adapter barrel tipe N perempuan

Adaptor, yang juga disebut sebagai adaptor koaksial, adalah konektor pendek bermuka dua yang digunakan untuk menghubungkan dua kabel atau bagian yang tidak bisa disambungkan secara langsung. Adaptor juga bisa dipakai untuk menginterkoneksikan alat atau kabel yang berbeda jenis. Misalnya, adaptor bisa dipergunakan untuk menyambung konetor SMA ke BNC. Adaptor juga mungkin digunakan untuk mencocokan konektor yang jenisnya sama, tetapi yang tidak bisa secara langsung dihubungkan karena jenis kelamin mereka.

Misalnya, sebuah adapter yang sangat berguna adalah yang memungkinkan untuk menggabungkan dua konektor Type N, mempunyai soket konektor (perempuan) di kedua pihak.

Memilih konektor yang tepat

1. “Pertanyaan jenis kelamin. ” Hampir semua konektor memiliki jenis kelamin yang terdefinisikan secara baik yang terdiri dari baik pin (“laki-laki”) atau soket (“perempuan”). Biasanya kabel mempunyai konektor laki-laki pada kedua ujungnya, sedangkan alat RF (misalnya pemancar dan antena) mempunyai konektor betina. Alat seperti directional coupler dan alat pengukur line-through mungkin mempunyai konektor baik jantan maupun betina. Pastikan setiap konektor jantan di sistem anda berpasangan dengan konektor betina.
2. “Sedikit itu terbaik!” Cobalah untuk memperkecil jumlah konektor dan adaptor di rantai sambungan RF. Masing-masing konektor menyebabkan tambahan loss (sampai beberapa dB untuk masing-masing koneksi, tergantung konektornya!)
3. “Beli, jangan membuat!” Seperti yang telah diutarakan lebih awal, beli kabel yang sudah diterminasi dengan konektor yang anda butuhkan kapanpun. Menyolder konektor bukanlah tugas yang mudah, dan untuk mengerjakan pekerjaan ini dengan semestinya hampir mustahil untuk konektor-konektor kecil seperti U.FL dan MMCX. Bahkan mengterminasikan kabel “Foam” bukanlah tugas yang mudah.
4. Jangan memberli BNC untuk frekuensi 2.4 GHz atau lebih tinggi. Gunakan konektor tipe N (atau SMA, SMB, TNC dll).
5. Konektor gelombang mikro merupakan peralatan yang dibuat presis, dan dapat secara mudah rusak karena kecerobohan dalam penanganannya. Sebagai kaidah umum, anda sebaiknya merotasikan pembungkus luar untuk mengencangkan konektor tersebut, sehingga bagian sisa dari konektor (dan kabel) tidak bergerak. Jika bagian-bagian konektor lain terbelit pada saat mengetatkan atau melonggarkan, maka kerusakan dapat dengan mudah terjadi.
6. Jangan pernah menginjak konektor, ataupun menjatuhkan konektor ke lantar ketika melepaskan kabel (ini lebih sering terjadi daripada apa yang mungkin anda bayangkan, khususnya ketika bekerja di tiang di atas atap).
7. Jangan pernah menggunakan alat seperti tang untuk mengencangkan konektor. Selalu gunakan tangan anda. Ketika bekerja di luar, ingat bahwa besi memuai pada temperatur tinggi dan mengurangi ukuran mereka di temperatur rendah: sebuah konektor yang sangat ketat pada musim panas bisa mengkerut atau malah rusak pada musim dingin.

Antena dan pola radiasi

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. Return Loss adalah 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.

Directivity 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

Gambar 4.4: Sebuah plot rectangular pola radiasi Yagi

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.

Gambar 4.5: Sebuah plot kutub dari antenna yagi yang sama.

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.

Gambar 4.6: Gambar plot logaritmik

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.

Polarisasi (Polarization)

Gambar 4.7: gelombang listrik tegak lurus terhadap gelombang magnet, yang kedua diantaranya tegak lurus terhadap arah propagasi.

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.

Front-to-back ratio

Akan sangat berguna untuk membandingkan front-to-back ratio dari antena directional. Ini adalah rasio penguatan maksimum pada arah antena terhadap penguatan ke arah yang berlawanan. Misalnya, kalau pola radiasinya digambarkan di atas skala dB yang relatif, maka rasio depan-belakang adalah perbedaan dalam dB antara radiasi maksimum di arah muka dan radiasi di 180 derajat. Angka ini tak berarti untuk antena omnidirectional, tetapi angka tersebut memberi gambaran kepada anda tentang banyaknya daya yang ditujukan ke muka dari antena pengarah.

Tipe antena

Klasifikasi antena dapat didasarkan pada:

• Frekuensi dan ukuran. Antena yang dipakai di HF berbeda dengan antena yang dipakai bagi VHF, dan juga berbeda dengan antena untuk gelombang mikro. Panjang gelombang berbeda di frekuensi yang berbeda, oleh sebab itu antena harus berbeda dalam ukurannya untuk memancarkan sinyal pada panjang gelombang yang tepat. Kita khususnya tertarik pada antena yang bekerja pada jangkauan gelombang mikro, khususnya di frekuensi 2,4 GHz dan 5 GHz. Di 2,4 GHz panjang gelombang adalah 12,5 cm, sedangkan di 5 GHz adalah 6 cm.

• Directivity. Antena bisa omnidirectional, sectorial atau directive. Antena Omni-directional memancarkan pola yang kurang lebih sama di sekitar antena dalam pola 360° yang sempurna. Tipe antena omnidirectional yang paling populer adalah dipole dan ground plane. Antena sektoral menyebar medan terutama ke arah tertentu. Beam antenna sektoral dapat selebar 180 derajat, atau sesempit 60 derajat. Antenna pengarah atau antenna directional adalah antena dimana beamwidth jauh lebih sempit daripada jika di sectorial antena. Mereka mempunyai gain yang paling tinggi dan oleh karena itu digunakan untuk hubungan jarak jauh. Beberapa tipe antena pengarah adalah Yagi, biquad, horn, helicoidal, antena patch, parabolic dish, dan banyak yang lainnya.

• Pembuatan fisik. Antena dapat dibuat dalam banyak cara yang berbeda, mulai dari kawat sederhana, ke parabola, hingga kaleng kopi.

Ketika mempertimbangkan antena yang cocok untuk penggunaan WLAN 2,4 GHz, klasifikasi lain bisa dipakai:

• Penggunaan. Akses point cenderung membuat jaringan point-to-multipoint, sedangkan sambungan jarak jauh adalah point-to-point. Masing-masing menggunakan tipe antenna yang berbeda yang sesuai dengan tujuannya. Node yang digunakan untuk akses multi-titik lebih baik menggunakan antena omni yang menyebar secara merata ke segala arah, atau antena sectoral yang fokus pada area yang kecil. Dalam kasus point-to-point, antena dipergunakan untuk menyambung dua lokasi agar tersambung. Antena pengarah adalah pilihan terbaik untuk aplikasi ini.

Daftar ringkas macam antena untuk frekuensi 2,4 GHz, dengan deskripsi pendek dan informasi dasar tentang sifat mereka.

Gambar 4.8: Antenna ground plane seperempat panjang gelombang

• Ground plane 1/4 panjang gelombang

Ground plane 1/4 panjang gelombang sangat sederhana dalam pembuatannya dan berguna untuk komunikasi pada saat ukuran, biaya dan kemudahan pembuatan menjadi penting. Antena ini didesain untuk meneruskan sinyal yang dipolarisasikan secara vertikal. Antenna ini terdiri dari ¼ elemen gelombang sebagai separuh-dipole dan tiga atau empat elemen ¼ panjang gelombang sebagai ground yang dibengkokan 30 sampai 45 derajat. Set elemen ini dinamakan radial, dikenal sebagai ground plane.

Antenna ini sederhana dan efektif untuk menangkap sinyal secara sama rata dari semua arah. Untuk menambah penguatan, sinyal bisa diratakan untuk mengambil fokus secara langsung dari atas dan bawah, dan menyediakan lebih banyak fokus di horizon. Beamwidth vertikal melambangkan tingkat kerataan dalam fokus. Ini berguna dalam situasi point-to-multipoint, jika semua antena lainnya juga berada pada ketinggian yang sama. Gain dari antena ini sekitar 2-4 dBi.

Gambar 4.9: Sebuah Antenna Yagi.

• Antena Yagi

Antenna Yagi pada dasarnya terdiri dari sejumlah elemen, yang masing-masing berukuran sekitar separuh panjang gelombang. Driven elemen atau elemen aktif pada Yagi sepadan dengan antena dipole dengan input di tengah, seperti antenna dipole separuh gelombang. Paralel dengan driven elemen, dan yang berkisar dari 0,2 ke 0,5 panjang gelombang pada kedua sisinya, adalah tangkai atau kawat lurus yang dianggap reflektor dan director (pengarah), atau elemen pasif. Seuah reflektor ditempatkan di belakang driven elemen dan agak lebih panjang daripada separuh panjang gelombang; director ditempatkan di muka driven elemen dan agak lebih pendek daripada separuh panjang gelombang. Sebuah Yagi biasanya mempunyai satu reflektor dan satu atau lebih director. Antena mempropagasikan energi medan elektromagnetik ke arah dari driven elemen sampai ke director, dan paling peka terhadap energi medan elektromagnetik yang datang dalam arah ini. Semakin banyak director yang dimiliki oleh sebuah Yagi, semakin besar gain-nya. Sewaktu lebih banyak director ditambahkan pada sebuah Yagi, maka Yagi menjadi lebih panjang. Berikut ini adalah foto antena Yagi dengan 6 director dan satu reflektor.

Antena Yagi dipakai terutama untuk sambungan point-to-point, mempunyai penguatan dari 10 sampai 20 dBi dan beamwidth horisontal 10 sampai 20 derajat.

Gambar 4.10: Feed horn yang terbuat dari sebuah kaleng makanan

• Terompet (Horn)

Nama antena horn berasal dari penampilannya yang khas. Bagian horn dapat segi empat, rectangular, silindris atau mengerucut. Arah radiasi maksimum sesuai dengan poros horn. Horndapat dengan mudah diberikan input dengan waveguide, tetapi juga bisa diberikan input dengan kabel coax dan peralihan yang benar.

Antena horn secara umum dipakai sebagai elemen aktif dalam antena parabola. Horn tersebut mengarah pada pusat reflektor parabola. Penggunaan horn, daripada antena dipole atau antena mana pun, di fokus parabola meminimalisir kehilangan energi di sekitar pinggiran reflektor parabola. Pada frekuensi 2,4 GHz, antena horn sederhana yang terbuat dari kaleng mempunyai gain sebesar 10 - 15 dBi.

Gambar 4.11: sebuah piringan antenna parabola yang solid

• Piringan parabola (parabolic dish)

Antena yang berdasarkan reflektor parabola adalah jenis tipe antena pengarah jika diperlukan penguatan tinggi. Keuntungan utama adalah bahwa mereka dapat dibuat untuk mempunyai gain dan directivity sebesar yang diperlukan. Kekurangan utama adalah bahwa besarnya piringan sehingga sulit di pasang dan lebih rentan terhadap angin.

Piringan berukuran sampai satu meter biasanya terbuat dari bahan padat. Aluminium sering dipakai karena ringan, daya tahan dan sifat listriknya yang baik. Kerentanan terhadap angin bertambah secara drastis sesuai dengan ukuran piringan dan akan menjadi masalah berat. Piringan yang mempunyai permukaan yang memantulkan dapat menggunakan jaring juga sering digunakan. Memang yang ini mempunyai front-to-back ratio lebih buruk, tetapi lebih aman untuk digunakan dan lebih mudah untuk dibuat. Tembaga, aluminium, kuningan, baja berlapis seng dan besi adalah bahan jaring baik.

Gambar 4.12: BiQuad.

• BiQuad

Antena BiQuad sederhana mudah dibuat dan menawarkan directivity dan gain yang baik untuk komunikasi point-to-point. Antena tersebut terdiri dari dua bujur sangkar berukuran sama dari ¼ panjang gelombang sebagai elemen pemancar dan pelat metal atau kisi-kisi metalik sebagai reflektor. Antena ini mempunyai beamwidth sekitar 70 derajat dan penguatan sekitar 10-12 dBi. Antena tersebut bisa digunakan sebagai antena berdiri sendiri atau sebagai tempat masukan untuk piringan parabola. Polarisasinya adalah vertikal jika kita lihat dari muka dan bentuk bujur sangkar berdampingan.

• Antena lainnya

Banyak tipe antenna lain yang tersedia dan yang terbaru diciptakan mengikuti kemajuan dalam teknologi.

Antena Sektoral: mereka pada umumnya digunakan di infrastruktur teleponi seluler dan biasanya dibuat dengann menambahkan pelat pemantul ke satu atau lebih dipole. Beamwidth horizontal mereka bisa selebar 180 derajat, atau sesempit 60 derajat, sedangkan beamwidth vertikalnya biasanya jauh lebih kecil. Antena kombinasi bisa dibuat dengan banyak Sektor untuk menutupi wilayah horisontal yang lebar (antena multisectoral).

Antena Panel atau Patch: mereka adalah panel datar yang padat yang digunakan untuk liputan dalam gedung, dengan gain sampai 20 dB.

Teori reflektor

Karakteristik dasar sebuah reflektor parabola sempurna adalah reflektor tersebut mengubah gelombang yang berbentuk bola menyinari dari sumber titik ditempatkan di fokus menjadi gelombang planar. Sebaliknya, seluruh energi yang diterima oleh piringan parabola dari sumber yang jauh dipantulkan sampai ke satu titik pada fokus parabola. Posisi fokus, atau pusat panjang, dapat ditemukan dengan rumus:

                         D^2 
                  f = ---------
                       16 x c 

di mana D adalah diameter piringan dan C adalah kedalaman parabola pada pusatnya.

Ukuran piringan adalah faktor yang paling penting karena faktor tersebut menentukan gain maksimum yang dapat dicapai pada sebuah frekuensi dan beamwidth yang dihasilkannya. Gain dan beamwidth yang didapatkan dapat dicari dengan rumus:

                   ( π x D)2
           Gain = ----------- x n 
                        λ 2 

                          70 λ
            Beamwidth = ---------
                            D 

di mana D adalah diameter piringan dan n adalah efisiensi. Efisiensi ini ditentukan sebagian besar oleh keefektifan penerangan piringan berdasarkan input, tetapi juga oleh faktor lain. Setiap saat diameter piringan digandakan, gain menjadi empat kali lipat, atau 6 dB, lebih besar. Jika kedua stasiun menggandakan ukuran piringan mereka, kekuatan sinyal bisa bertambah 12 dB, sebuah perolehan yang sangat besar. Efisiensi sebanyak 50% bisa diraih sewaktu membuat antena.

Perbandingan f/D (fokus/diameter piringan) adalah faktor yang mendasari disain dari feed untuk piringan. Rasionya secara langsung terkait dengan beamwidth input yang diperlukan untuk menerangi piringan secara efektif. Dua piringan dengan diameter yang sama tetapi berbeda panjang fokus membutuhkan disain feed yang berbeda, jika keduanya harus diterangi secara efisien. Nilai sebanyak 0,25 sesuai dengan piringan dengan focal-plane yang sama dimana fokus berada pada bidang yang sama dengan dasar piringan.

Penguat (Amplifier)

Seperti yang dikatakan lebih awal, antena tidak menciptakan daya. Mereka secara sederhana mengarahkan semua daya yang ada ke dalam pola yang khusus. Dengan memakai penguat daya, anda dapat mempergunakan daya DC untuk menambah sinyal anda yang ada. Penguat menghubungkan pemancar radio dan antena, dan mempunyai tambahan kabel yang tersambung ke sumber daya. Penguat dapat bekerja di frekuensi 2,4 GHz, dan dapat menambahkan beberapa Watt daya kepada pancaran anda. Alat ini mengetahui bahwa radio yang tersambung sedang memancar, dan secara cepat akan nyala dan menguatkan sinyal. Mereka kemudian mati lagi ketika transmisi berakhir. Ketika menerima, mereka juga menambahkan penguatan sinyal sebelum mengirimkannya ke radio.

Sayangnya, menambahkan penguat tidak akan memecahkan semua masalah jaringan anda. Kami tidak akan membicarakan Amplifier dibuku ini karena sudah ada sejumlah kekurangan dalam penggunaan mereka:

• Amplifier mahall. Amplifier harus dapat bekerja di pita lebar di frekuensi 2,4 GHz, dan harus bisa berfungsi dengan cukup cepat untuk memfasilitasi aplikasi Wi-Fi. Amplifier ini memang tersedia, namun dengan harga beberapa ratus dolar setiap unitnya.
• Anda akan memerlukan sedikitnya dua. Sementara antena menyediakan penguatan timbal balik yang menguntungkan kedua sisi sambungan, Amplifier bekerja paling baik untuk memperkuat sinyal yang dipancarkan. Jika anda hanya menambahkan amplifier kepada satu sisi hubungan dengan gain antena yang tidak cukup, kemungkinan sinyal akan sampai ke ujung yang lain, tapi kita tidak dapat mendengarkan inyal dari ujung tersebut.
• Amplifier tidak mengarahkan sinyal. Menambahkan gain antena memberikan keuntungan gain maupun keuntungan pengarahan kepada kedua ujung sambungan. Mereka tak hanya meningkatkan kekuatan sinyal, tetapi juga menolak gangguan sinyal dari arah lainnya. Amplifier akan memperkuat sinyal secara membabi buta baik sinyal yang baik maupun sinyal pengganggu, dan bisa membuat masalah gangguan menjadi lebih buruk.
• Amplifiers menghasilkan noise bagi pengguna lainnya di pita yang sama. Dengan menambah daya output anda, anda menciptakan sebuah sumber noise yang lebih keras bagi pengguna lain di pita unlicensed ini. Ini mungkin bukan masalah di daerah pedesaan, tetapi bisa menyebabkan masalah besar di area dengan populasi yang padat. Sebaliknya, menambahkan gain antena akan meningkatkan sambungan anda dan juga mengurangi derajat gangguan bagi tetangga anda.
• Penggunaan amplifier mungkin tidak legal. Setiap negara memberlakukan batas penggunaan spektrum tak berlisensi. Menambahkan antena pada sinyal yang sudah tinggi mungkin akan menyebabkan sambungan melebihi batas legal yang ada. Di Indonesia, amplifier tidak legal.

Penggunaan amplifier sering diibaratkan dengan tetangga yang tidak sopan yang ingin mendengarkan radio di luar rumah mereka, dan oleh sebab itu mengeraskan volume radionya. Mereka mungkin bahkan dapat “meningkatkan” penerimaan dengan mengarahkan speaker mereka ke luar jendela. Sementara mereka sekarang mungkin dapat mendengar radionya, begitu pula orang lain di lingkungan yang sama. Cara ini mungkin dapat berlaku hanya kepada satu orang pengguna, tetapi apa terjadi kalau tetangga lainnya memutuskan melakukan hal sama dengan radio mereka? Memakai amplifier untuk sebuah sambungan nirkabel menyebabkan efek yang hampir sama di frekuensi 2,4 GHz. Sambungan anda mungkin “bekerja lebih baik” untuk sementara waktu, tetapi anda akan mempunyai masalah kalau pengguna lain di pita yang sama memutuskan untuk menggunakan amplifier mereka sendiri.

Dengan memakai antena gain tinggi daripada amplifier, anda dapat menghindari semua masalah ini. Antena harganya jauh lebih murah dari amplifier, dan dapat meningkatkan sambungan dengan sederhana dengan mengganti antena pada sebuah ujung sambungan. Menggunakan radio yang peka dan kabel berkualitas baik juga secara signifikan membantu tembakan jarak jauh. Teknik ini lebih tidak bermasalah bagi pengguna lainnya di pita yang sama, dan oleh sebab itu kami menganjurkan anda untuk menggunaka mereka sebelum menambahkan amplifier.

Disain praktis antenna

Biaya antena frekuensi 2,4 GHz sudah jatuh secara dramatis semenjak adanya 802.11b. Disain inovatif menggunakan komponen yang sederhana dan bahan yang lebih sedikit untuk meraih gain yang tinggi dengan pengerjaan teknis yang relatif sedikit. Sayangnya, ketersediaan antena yang baik masih terbatas di banyak daerah di dunia, dan pengimporan antena tersebut bisa sangat mahal. Walaupun mendesain antena bisa rumit dan prosesnya rentan terhadap kesalahan, membuat antena dari bahan yang tersedia lokal sangat dibutuhkan, dan bisa menyenangkan. Kami berikan empat bentuk antena praktis yang bisa dibuat dengan pengeluaran uang yang sangat sedikit.

USB wireless sebagai feed pada piringan parabola

Mungkin bentuk antena yang paling sederhana adalah penggunaan parabola untuk mengarahkan output dari USB wireless (atau biasa disebut USB dongle). Dengan menempatkan bagian antena dipole yang ada di USB wireless pada fokus piringan parabola, anda bisa menyediakan gain yang signifikan tanpa harus menyolder ataupun membongkar alat nirkabel tersebut. Bermacam-macam piringan parabola dapat berfungsi, termasuk diantaranya adalah piringan satelit, antena televisi, dan alat masak logam (seperti wajan, tutup panci yang bundar, atau saringan). Sebagai bonus, kabel USB yang murah dan yang rentan terhadap kehilangan gain kemudian digunakan sebagai input ke antena, menghilangkan keperluan untuk kabel coax yang mahal atau Heliax.

Untuk membuat USB wireless parabola, anda perlu menemukan orientasi dan lokasi dipole di dalam dongle. Kebanyakan alat mengorientasikan dipole untuk sejajar dengan pinggiran pendek dongle, tetapi sebagian meletakkan dipole tegaklurus terhadap pinggiran pendek tersebut. Anda bisa membuka dongle dan mencari sendiri, atau dengan sederhana berusaha mencoba dongle di kedua posisi untuk melihat yang mana yang menyediakan lebih banyak gain. Untuk menguji antena, arahkan antena tersebut ke akses point beberapa meter jauhnya, dan menyambung USB wireless ke laptop. Dengan menggunakan client driver laptop atau software seperti Netstumbler (lihat Bab 6), coba anda amati kekuatan sinyal akses point yang diterima. Sekarang, pindahkan secara perlahan USB wireless relatif terhadap antenna parabola, sekaligus memperhatikan kekuatan signal. Anda akan melihat adanya peningkatan yang signifikan dalam gain (20 dB atau lebih) ketika anda mencari posisi yang baik. Posisi yang benar akan bervariasi menurut bentuk parabola dan konstruksi USB wirless. Cobalah berbagai posisi pada saat mengawasi kekuatan sinyal anda sampai anda menemukan lokasi optimal.

Setelah lokasi terbaik ditemukan, matikan USB wireless pada tempatnya. Anda perlu untuk membuat USB wireless dan kabel-nya kedap air jika antena digunakan di luar. Gunakan silicone compound atau sepotong pipa PVC untuk melindungi perangkat elektronik dari cuaca. Banyak bentuk disain dan ide parabola dengan USB terdokumentasi secara online di http://www.usbwifi.orcon.net.nz/.

Collinear omni

Antena ini sangat sederhana untuk dibuat, memerlukan hanya sepotong kawat, sebuah soket N dan pelat metal segi empat. Antena ini bisa digunakan baik dalam gedung atau di luar untuk sambungan jarak pendek point-to-multipoint. Pelat dibuatkan lubang yang dibor di tengah untuk tempat soket casis tipe N yang diletakan di tengah pelat. Kawat disolder ke pin pusat soket N dan mempunyai lilitan untuk memisahkan elemen tahapan yang aktif. Dua versi antena memungkinkan: sesuatu dengan dua tahapan elemen dan dua buah lilitan dan satu lagi dengan empat tahapan elemen dan empat lilitan. Untuk antenna yang pendek gain akan kecil sekitar 5 dBi, sedangkan antenna yang panjang dengan empat elemen akan mempunyai gain 7 sampai 9 dBi. Kami akan menggambarkan bagaimana caranya membuat antena panjang.

Gambar 4.13: pelat aluminium 10 cm x 10 cm.

Daftar komponen dan alat yang diperlukan:

• Satu konektor tipe N perempuan.
• Kawat tembaga 50 cm atau kuningan berdiameter 2 mm.
• Sebuah pelat metalik segi empat berukuran 10x10 cm atau lebih besar.
• Penggaris
• Tang
• Amplas
• Timah solder dan solder
• Bor dengan set mata bor untuk logam (termasuk diantaranya sebuah mata bor berdiameter 1.5 cm)
• Sepotong pipa atau mata bor dengan diameter 1 cm
• Vice atau penjepit
• Palu
• Spanner atau kunci inggris

Pembuatan

1. Luruskan kawat dengan menggunakan vice.

Gambar 4.14: membuat kawat selurus mungkin.

• Dengan bolpen, gambar sebuah garis pada 2,5 cm dari ujung kawat. Pada garis ini, bengkokan kawat sampai 90 derajat dengan menggunakan vice dan palu.

Gambar 4.15: dengan hati-hati mengetuk kawat untuk membuat lengkungan tajam.

• Gambar garis lainnya 3,6 cm dari lengkungan. Dengan memakai penjepit dan palu, bengkokan sekali lagi kawat di balik garis kedua ini sampai 90 derajat, di arah yang berlawanan terhadap bengkokan pertama tetapi di bidang yang sama. Kawat nampak seperti huruf Z.

Gambar 4.16: bengkokan kawat ke dalam bentuk “Z”.

• Kita memilin bagian Z dari kawat untuk membuat sebuah lilitan dengan diameter 1 cm. Untuk melakukan ini, kita akan menggunakan pipa atau mata bor dan melengkungkan kawat sehingga memutarinya, dengan bantuan penjepit dan tang.

Gambar 4.17: Bengkokan kawat sehingga memutari mata bor untuk membuat sebuah lilitan.

Lilitan akan tampak seperti ini:

Gambar 4.18: Lilitan yang sudah selesai.

• Anda sebaiknya membuat lilitan kedua dengan jarak 7,8 cm dari yang pertama. Kedua lilitan sebaiknya mempunyai arah balik yang sama dan sebaiknya ditempatkan di sisi kawat yang sama. Buatlah lilitan ketiga dan lilitan keempat dengan mengikuti prosedur yang sama, di jarak yang sama yaitu 7,8 cm dari satu dengan yang lainnya. Potong bagian elemen tahapan terakhir dengan jarak 8,0 cm dari lilitan keempat.

Gambar 4.19: Cobalah untuk menjaganya agar tetap selurus mungkin.

Jika lilitan-lilitan tersebut sudah dibuat dengan benar, sekarang sangat mungkin untuk memasukkan pipa lewat semua lilitan seperti yang sedang diperlihatkan.

Gambar 4.20: memasukkan pipa bisa membantu meluruskan kawat.

• Dengan bolpen dan penggaris, buat garis diagonal di atas pelat metal, dan tentukan pusatnya. Dengan mata bor berdiameter kecil, buatlah sebuah lubang penunjuk di tengah pelat. Lebarkan diameter lubang menggunakan mata bor dengan diameter yang lebih besar.

Gambar 4.21: membor luang di piring logam.

Lubang sebaiknya sesuai dengan N connector persis. Pakai berkas jika diperlukan.

Gambar 4.22: Konektor N sebaiknya cocok dengan lubang.

• Agar antena mempunyai impedansi 50 Ohm, sangat penting agar permukaan insulator konektor yang kelihatan (bagian putih sekitar pin pusat) berada di derajat yang sama dengan permukaan pelat. Untuk tujuan ini, potonglah 0,5 cm pipa tembaga dengan diameter eksternal sepanjang 2 cm, dan letakkan potongan tersebut di antara konektor dan pelat.

Gambar 4.23: menambahkan pipa tembaga membantu untuk mencocokkan impedansi antena agar 50 Ohm.

• Sekrupkan mur ke konektor untuk menempatkannya secara kukuh di atas pelat dengan menggunakan kunci inggris.

Gambar 4.24: Kencangkan konektor N ke pelat.

• Haluskan dengan amplas sisi kawat yang panjangnya 2,5 cm, dari lilitan pertama. Berikan timah pada kawat di sekitar 0,5 cm di bagian yang sudah dihaluskan, gunakan penjepit untuk membantu anda.

Gambar 4.25: Berikan timah sedikit pada bagian akhir kawat untuk menimahkannya sebelum penyolderan.

• Dengan besi solder, berikan timah pada pin pusat konektor. Sambil menjaga kawat agar tetap vertikal dengan tang, solderlah bagian kawat yang sudah bertimah di lubang pin pusat. Lilitan pertama sebaiknya berada 3,0 cm dari pelat.

Gambar 4.26: lilitan pertama sebaiknya berawal 3,0 cm dari permukaan piring.

• Kita sekarang akan merentangkan lilitan, memperpanjang panjang vertikal kawat. Dengan menggunakan penjepit dan tang, anda dapat menarik kabel agar panjang terakhir lilitan menjadi 2,0 cm.

Gambar 4.27: merentangkan lilitan. Cobalah untuk secara hati-hati dan tidak untuk menggores permukaan kawat dengan tang.

• Ulangi prosedur yang sama untuk tiga lilitan lainnya, rentangkan panjang mereka sampai 2,0 cm.

Gambar 4.28: Ulangi prosedur merentang untuk semua lilitan yang tersisa.

• Selesai sudah konstruksi fisik antenna, antenna berukuran 42,5 cm dari pelat ke atas.

Gambar 4.29: antena yang sudah selesai berukuran 42,5 cm dari pelat hingga akhir kawat.

• Jika anda mempunyai spektrum analyzer dengan tracking generator dan directional coupler, anda dapat memeriksa kurva dari daya yang di pantulkan oleh antenna. Gambar di bawah menunjukkan sebuah gambaran spektrum analyzer.

Gambar 4.30: Plot dari daya yang di pantulkan oleh antenna collinear omni.

Jika anda bermaksud memakai antena ini di luar ruangan, anda akan perlu membuatnya tahan cuaca. Metode yang paling sederhana adalah menutup seluruh bagian dengan sepotong pipa PVC besar yang tertutup dengan penutupnya. Lubangi bagian bawah untuk coa, dan sekatlah antena tersebut secara rapat dengan silikon atau lem PVC.

Cantenna

Antena bumbung gelombang, yang kadang-kadang disebut Cantenna dari asal “can antenna” atau antenna kaleng, menggunakan kaleng sebagai bumbung gelombang dan sebuah kawat pendek yang disolder di konektor N sebagai probe untuk peralihan dari kabel koaksial ke bumbung gelombang. Pembuatan antena ini sangat murah karena hanya menggunakan konektor, kaleng bekas makanan, jus dan sebagainya. Antena ini adalah antena pengarah, yang berguna untuk sambungan point-to-point dengan jarak pendek ke sedang. Antena ini juga dapat digunakan sebagai input untuk piringan atau kisi-kisi parabolik.

Tidak semua kaleng dapat digunakan untuk dibuat sebagai antena karena harus memenuhi ukuran tertentu..

• Nilai diameter D input yang dapat di terima adalah antara 0,60 dan 0,75 panjang gelombang di udara pada frekuensi yang diinginkan. Panjang gelombang frekuensi 2.44 GHz adalah 12,2 cm, oleh sebab itu diameter kaleng sebaiknya dalam wilayah 7,3 - 9,2 cm.
• Panjang kaleng L sebaiknya sedikitnya 0,75 G, di mana G adalah panjang gelombang pemandu dan diberi oleh:

                          
               G = -------------------------- 
                    sqrt(1 – ( / 1.706D)2) 

Untuk D = 7,3 cm, kita membutuhkan sebuah kaleng berukuran sedikitnya 56,4 cm, sedangkan untuk D = 9,2 cm kita membutuhkan kaleng berukuran sedikitnya 14,8 cm. Secara umum semakin kecil diameternya, semakin panjang kaleng yang dibutuhkan. Untuk contoh yang kami berikan, kami akan memakai kaleng minyak berdiameter 8,3 cm dan mempunyai panjang sekitar 21 cm.

• Probe untuk kabel koaksial untuk injeksi ke bumbung gelombang sebaiknya ditempatkan dengan jarak S dari dasar kaleng, dengan rumus yang diberi oleh:

                                S = 0,25 λG 

Panjangnya harus 0,25 λ, yang pada 2,44 GHz adalah 3,05 cm.

Gambar 4.31: Dimensi yang harus di penuhi cantenna

Gain untuk antena akan sekitar 10 sampai 14 dBi, dengan beamwidth sekitar 60 derajat.

Gambar 4.32: Cantenna yang telah selesai dibuat.

Daftar komponen

Gambar 4.33: Komponen yang diperlukan untuk membuat sebuah antena kaleng.

• Satu konektor perempuan tipe N.
• Kawat tembaga atau kuningan 4 cm berdiameter 2 mm
• Kaleng minyak dengan diameter 8,3 cm dan tinggi 21 cm

Alat yang di perlukan

• Pembuka kaleng
• Penggaris
• Tang
• Amplas
• Timah solder
• Solder
• Bor dengan set mata bor untuk logam (dengan mata bor berdiameter 1,5 cm)
• Vice atau mengepit
• Spanner atau kunci inggris
• Palu
• Paku

Pembuatan

• Dengan pembuka kaleng, buka dengan hati-hati tutup atas kaleng.

Gambar 4.34: hati-hati terhadap pinggir tajam ketika membuka kaleng.

Piringan tutup kaleng mempunyai pinggiran yang sangat tajam. Hati-hati ketika menanganinya! Kosongkan kaleng dan cucilah dengan sabun. Jika kaleng berisi nanas, biskuit, atau makanan lezat lain, hidangkan makanan tersebut dahulu kepada orang lain.

• Dengan penggaris, ukurlah 6,2 cm dari dasar kaleng dan tandai dengan paku. Hati-hati dalam mengukur dari dasar. Pakai pemukul (atau mata bor yang kecil atau sebuah Obeng bintang) dan palu untuk menandakan titik. Ini membuatnya lebih mudah membor lubang secara tepat. Hati-hati untuk tidak mengubah bentuk kaleng. Lakukan ini dengan memasukkan balok kecil kayu atau objek lain di kaleng sebelum mengetuk-ngetuknya.

Gambar 4.35: Berikan tanda pada lubang sebelum membor.

• Dengan bor ber diameter kecil, buatlah lubang di pusat kaleng yang sudah di tandai. Tambahkan diameter lubang dengan menggunakan mata bor berdiameter lebih besar. Lubang harus cocok dengan diameter konektor N. Pergunakan amplas untuk melicinkan batas lubang dan untuk menyingkirkan sisa ukiran di sekitarnya untuk menjamin kontak listrik yang lebih baik dengan konektor.

Gambar 4.36: Secara teliti borlah lubang penunjuk, kemudian gunakan mata bor yang sedikit lebih besar untuk menyelesaikan pekerjaan.

• Haluskan ujung kawat dengan menggunakan amplas. Berikan timah pada kawat untuk sekitar 0,5 cm dari ujung tersebut.

Gambar 4.37: Berikan timah pada ujung kawat sebelum disolder.

• Dengan solder besi, berikan timah pada pin pusat konektor. Sambil menjaga kawat agar tetap vertikal dengan tang, solderlah sisi yang penuh timah di dalam lubang pin pusat konektor N.

Gambar 4.38: solderlah kawat ke pin emas di atas konektor N.

• Masukkan ring dan sekrup mur ke konektor secara perlahan. Potong kawat sepanjang 3,05 cm yang diukur dari bagian dasar mur.

Gambar 4.39: panjang kawat sangatlah penting

• Lepaskan mur dari konektor, tinggalkan ring di tempatnya. Masukkan konektor ke dalam lubang kaleng. Sekrup mur di konektor dari dalam kaleng.

Gambar 4.40: memasang antena.

• Pergunakan tang atau kunci inggris untuk mengencangkan mur pada konektor. Anda sudah selesai!

Gambar 4.41: Cantenna Anda yang sudah selesai.

Seperti disain antenna lainnya, anda sebaiknya membuat penutup yang tahan cuaca untuk antena jika anda menginginkan untuk menggunakannya di luar ruangan. PVC sangat cocok untuk antena kaleng. Masukkan kaleng seluruhnya ke dalam sisi PVC yang besar, dan tutup menggunakan dop pralon di ujung-nya dan lem. Anda akan perlu membor sebuah lubang di sisi tabung untuk tempat konektor N di sisi kaleng.

Cantenna sebagai piringan input

Seperti USB wireless parabola, anda dapat menggunakan desain cantenna sebagai feeder untuk memperoleh gain yang lebih tinggi. Pasang kaleng di fokus parabola dengan lubang kaleng tertuju ke pusat piringan parabola. Gunakan teknik yang sudah dijelaskan pada contoh antena USB wireless (memperhatikan perubahan kekuatan sinyal sepanjang waktu) untuk menemukan lokasi terbaik kaleng untuk parabola yang anda sedang menggunakan.

Dengan menggunakan cantenna yang terbuat baik dengan bentuk parabola yang sudah dituning secara benar, anda bisa mendapatkan gain antena keseluruhan 30dBi atau lebih. Pada saat ukuran parabola bertambah, bertambah pula gain dan potensi pengarahan antena. Dengan parabola yang sangat besar, anda dapat meraih gain yang tinggi secara signifikan. Misalnya, pada 2005, sebuah tim mahasiswa berhasil memasang sambungan dari Nevada ke Utah di Amerika Serikat. Sambungan melintasi jarak lebih dari 200 kilometer! Mereka menggunakan piringan parabola satelit berukuran 3,5 meter untuk memasang sambungan 802.11b yang beroperasi di 11 Mbps, tanpa amplifier. Detail tentang prestasi ini bisa ditemukan di http://www.wifi-shootout.com/

NEC2

NEC2 adalah singkatan dari Numerical Electromagnetics Code (versi 2) dan adalah free software untuk pemodelan antenna. NEC2 membantu anda membuat model antena dalam tiga dimensi, dan mensimulasi respon elektromagnetik antena. NEC2 dikembangkan lebih dari sepuluh tahun yang lalu dan sudah di-compile agar dapat berjalan di banyak sistem komputer yang berbeda. NEC2 benar-benar efektif untuk menganalisa model wiregrid, tetapi juga mempunyai suatu kemampuan permodelan patch permukaan.

Disain antena di tulis / di jelaskan dalam sebuah file teks, dan model dibangun menggunakan deskripsi teks ini. Antena yang dijelaskan dalam NEC2 diberi dalam dua bagian: struktur dan urutan kontrol. Struktur secara sederhana adalah deskripsi numerik mengenai dimana bagian-bagian antena yang berbeda ditemukan, dan bagaimana kawat disambung. Kontrol memberi tahu NEC di mana sumber RF dihubungkan. Setelah semuanya jelas, antena yang memancarkan kemudian dijadikan model. Karena teori ketimbal-balikan, pola gain pemancaran sama seperti yang penerimaan, sehingga memodelkan sifat pengiriman sudah cukup untuk memahami perlilaku antena secara lengkap. Frekuensi atau wilayah frekuensi dari sinyal RF harus ditentukan. Elemen penting berikutnya adalah karakteristik tanah. Kondutivitas tanah berubah-ubah dari satu tempat ke tempat lain, tetapi dalam banyak kasus konduktivitas itu memainkan peran yang sangat penting dalam menentukan pola radiasi antena.

Untuk menjalankan NEC2 di Linux, pasanglah paket NEC2 dari URL yang tersedia di bawah. Untuk menjalankannya, ketik nec2 dan masukan nama file input dan ourput. Hal lain yang juga penting adalah memasang paket xnecview untuk verifikasi struktur dan plot pola radiasi. Jika semua yang berhasil anda akan mempunyai file berisi output perhitungan. File ini dibagi ke dalam berbagai bagian, tetapi untuk dapat memahami secara cepat pola radiasi dapat dilihat menggunakan xnecview. Anda akan melihat pola radiasi yang diharapkan, secara horisontal omnidirectional, dengan puncak di sudut take off. Versi Windows dan Mac juga tersedia. Keuntungan NEC2 adalah bahwa kita dapat mendapatkan pemahaman mengenai bagaimana antena bekerja terlebih dahulu sebelum membuatnya, dan bagaimana kita dapat mengubah bentuk untuk mendapat gain maksimum. NEC2 adalah software yang kompleks dan memerlukan suatu penelitian untuk memperlajari bagaimana caranya untuk menggunakannya secara efektif, tetapi NEC2 adalah alat yang sangat berharga bagi perancang antena. NEC2 tersedia di http://www.nec2.org/

Dokumentasi online bisa didapatkan dari "Unofficial NEC Home Page" di http://www.nittany-scientific.com/nec/.

Pranala Menarik

• WNDW

<math>Insert formula here</math>