Abstrak

Salah satu jenis antena yang umum digunakan pada penerima komunikasi radio VHF/UHF adalah antena slot ½λ dengan bentuk fisiknya yang mudah disesuaikan. Antena slot ini dapat dilipat sehingga berbentuk tabung atau persegi, yang berpengaruh terhadap sifat kapasitif dan induktifnya pada saat resonansi.

Dalam penelitian yang dilakukan, antena slot ½λ dirancang untuk bekerja pada frekuensi 407 MHz dan dibuat dengan dimensi panjang slot antena sebesar 35 cm, lebar slot antena sebesar 4 cm, panjang antena sebesar 52,3 cm dan lebar antena sebesar 17,7 cm.

Dari hasil pengukuran dan pengujian antena yang sudah dibuat, didapat nilai VSWR sebesar 1,0; nilai daya pantul adalah 0,08 watt yang relatif kecil dibandingkan dengan daya yang dipancarkan sebesar 0,2 watt. Antena slot ½λ merupakan jenis antena ke semua arah (omnidirectional) yang ditunjukkan pada pola radiasi yang dihasilkan dimana besarnya tegangan sinyal yang dipancarkan hampir sama di semua arah, dari rentang 0,538 volt DC hingga 0,765 volt DC.

Kata kunci: antena slot, VSWR, daya pantul

1. PENDAHULUAN

Antena adalah komponen untuk memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik. Antena sebagai alat pemancar (transmitting antenna), berfungsi untuk mengubah gelombang tertuntun dalam saluran transmisi kabel menjadi gelombang yang merambat di ruang bebas, dan sebagai alat penerima (receiving antenna), yang berfungsi untuk mengubah gelombang yang merambat di ruang bebas menjadi gelombang tertuntun.

Antena slot ½λ merupakan suatu antena rangkaian tertutup yang memiliki hambatan radiasi antena slot ½λ pada saat resonansi sekitar 500 ohm. Antena slot ½λ banyak digunakan pada penerima komunikasi radio VHF/UHF.

Tulisan ini dibatasi pada penelitian antena slot ½λ, yaitu merancang dan membuat antena slot ½λ yang bekerja pada frekuensi 407 MHz dengan dimensi panjang slot antena sebesar 35 cm, lebar slot antena sebesar 4 cm, panjang antena sebesar 52,3 cm dan lebar antena sebesar 17,7 cm; sedangkan dimensi slot antena adalah panjang sebesar 32,775 cm dan lebar sebesar 3,45 cm. Diharapkan, antena slot ½λ yang telah dibuat, dapat memiliki VSWR kurang dari 2,0, dan bersifat ke semua arah (omnidirectional).

II. KAJIAN TEORI

2.1. Antena Slot ½ λ

Antena slot ½ λ merupakan antena rangkaian tertutup yang memiliki ukuran penghantar yang lebar jika dibandingkan dengan antena jenis yang lain yang pada umumnya sangat tipis terhadap panjangnya. Hambatan radiasi antena slot ½ λ pada saat resonansi sekitar 500 ohm. Antena slot ½λ banyak digunakan pada penerima komunikasi radio VHF/UHF karena bentuk fisiknya yang mudah disesuaikan serta dapat dilapisi dengan bahan yang tahan terhadap perubahan cuaca.

Antena slot ini dapat dilipat sehingga berbentuk tabung atau persegi. Oleh karena hambatan radiasinya cukup lebar dan sifatnya yang seimbang (balance), teknik penyambungan terhadap saluran tunggal harus menggunakan trafo impedansi ½λ dan penyesuai impedansi yang sekaligus mengubahnya bersifat seimbang.

Teknik penyambungan antena slot ½λ dengan saluran tunggal menggunakan trafo impedansi ½λ dan penyesuai impedansi yang sekaligus mengubahnya bersifat seimbang. Trafo impedansi ½λ dapat menggunakan pengumpan (feeder) yang biasa digunakan pada perangkat televisi yang memiliki karakteristik impedansi 300 ohm. Dengan demikian, pada saat kondisi sepadan (matched), dapat dihitung besar impedansinya di titik penyambungannya.

2.2. Diagram/Pola Radiasi

Diagram/pola radiasi menggambarkan distribusi energi yang dipancarkan oleh antena dalam ruang. Parameter ini diukur/dihitung pada medan jauh (far-field) dengan jarak yang konstan ke antena, dan divariasikan terhadap sudut, biasanya sudut φ dan ϑ, sehingga dapat dibedakan antena yang mempunyai daya pancar isotrop fiktif, antena omnidireksional yang bersifat isotrop hanya di suatu bidang potong tertentu, dan antena direksional yang dapat mengkonsentrasikan energinya ke arah sudut tertentu.

Diagram/pola radiasi dapat diartikan sebagai plot tiga dimensi distribusi sinyal yang dipancarkan oleh suatu antena. Pola radiasi antena dibentuk oleh dua pola radiasi berdasarkan bidang irisan, yaitu pola radiasi pada bidang elevasi dan pola radiasi pada bidang irisan arah azimuth.

2.3. Direktivitas dan Gain

Karakteristik pancar antena didefinisikan pada medan jauh (far-field) yang pada jarak/radius tertentu didapatkan medan listrik yang merupakan fungsi dari sudut ϑ dan φ.

Gain adalah karakteristik antena yang terkait dengan kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnya, atau penerimaan sinyal dari arah tertentu, dengan satuan desibel.

2.4. Impedansi Masukan

Impedansi masukan didefinisikan sebagai impedansi yang diberikan oleh antena kepada rangkaian luar, pada suatu titik acuan tertentu. Seperti divisualisasikan pada Gambar 2.3, saluran transmisi penghubung yang dipasang antena, akan melihat antena sebagai beban dengan impedansi beban sebesar Zin. Impedansi ini merupakan perbandingan tegangan dan arus atau perbandingan komponen medan listrik dan medan magnet yang sesuai dengan orientasinya.

Impedansi masukan penting untuk pencapaian kondisi matching pada saat antena dihubungkan dengan sumber tegangan, sehingga semua sinyal yang dikirim ke antena pemancar dapat dipancarkan. Atau pada antena penerima, jika kondisi matching tercapai, energi yang diterima antena dapat dikirim ke perangkat penerima. Kondisi beban dengan impedansi Zin yang dipasangkan pada saluran transmisi dengan impedansi gelombang sebesar Zo akan mengakibatkan pantulan sebesar:

atau secara logaritma dapat dihitung dengan:

Antena slot ½λ mempunyai impedansi sekitar 50 ohm hingga 75 ohm sehingga dapat diumpan langsung dengan kabel koaksial atau melalui BALUN (Balance - Unbalance).

2.5. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) menunjukkan sinyal terpantul sebelum dipancarkan oleh antena. VSWR dianggap baik bila bernilai < 2. Dalam antenna komersial kebanyakan nilai VSWR ditentukan < 1,5. Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) dapat ditentukan dengan:

Dalam aplikasinya suatu antena sering dianggap memiliki kinerja pantulan yang bagus jika faktor pantulannya r dB ≤ -10 dB atau |r| ≤ 0,316 (10% energinya dipantulkan kembali ke pemancar) dan VSWR < 1,92.

Tidak cocoknya impedansi saluran dengan impedansi beban atau antara impedansi keluaran pemancar tidak sama dengan impedansi saluran dapat diketahui dengan memasang VSWR meter yang menunjukan nilai lebih besar dari 1,0. Hubungan nilai SWR dengan karakteristik saluran dan impedansi beban adalah sebagai berikut:

2.6. Lebar Pita Kerja Antena (Bandwidth)

Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai interval frekuensi, di dalamnya antena bekerja sesuai dengan yang ditetapkan oleh spesifikasi yang diberikan. Spesifikasi tersebut meliputi: diagram radiasi, lebar dari side lobe, gain, polarisasi, impedansi masukan/faktor pantulan.

2.7. Polarisasi Antena

Polarisasi antena menginformasikan ke arah mana medan listrik memiliki orientasi dalam perambatannya. Ada dua macam polarisasi, yaitu:

1. Polarisasi Linier

Arah medan listrik tidak berubah dengan waktu, yang berubah hanya orientasinya saja (positif - negatif). Medan listrik terletak secara vertikal.

2. Polarisasi Elips

Medan listrik melakukan putaran dengan ujung panah-panahnya terletak pada suatu permukaan silinder dengan penampang elips.

III. METODE PENELITIAN

3.1. Tahapan Penelitian

3.2. Menentukan Frekuensi Kerja Antena

Frekuensi yang digunakan untuk antena slot ½λ yang dirancang dan dibuat dalam penelitian ini adalah 407 MHz.

3.3. Menentukan Dimensi Slot Antena

1. Menghitung panjang gelombang λ = c : f = (3 x 10^8) : (407 x 10^6) = 73,71 cm
2. Menghitung panjang slot antena Ls = 0,5 x K x λ = 0,5 x 0,95 x 73,71 = 35 cm
3. Menghitung lebar slot antena Ws = λ : 20 = 73,71 : 20 = 3,6855 cm. Dibulatkan menjadi 4 cm.

3.4. Menentukan Dimensi Antena

1. Menghitung panjang antena L = 1,494 x Ls = 1,494 x 35 = 52,29 cm. Dibulatkan menjadi 52,3 cm.
2. Menghitung lebar antena W = 4,425 x Ws = 4,425 x 4 = 17,7 cm.

3.5. Membuat Antena

Antena dibuat dengan bahan aluminum (Al) berdasarkan pada dimensi antena dan dimensi slot antena yang sudah ditentukan sebelumnya dengan menggunakan jenis pengumpan BALUN (Balance-Unbalance) yang kemudian disambung dengan kabel koaksial ke perangkat televisi.

3.6. Mengukur dan Menguji Antena

Antena yang telah dibuat, diukur kinerjanya dengan mengamati parameter-parameter antena, seperti diagram radiasi, faktor pantulan, gain dan polarisasi. untuk memastikan keberhasilan proses rancang bangun. Pengukuran antena slot ½λ dilakukan dengan empat proses tahapan, yaitu:

1. Mengukur VSWR antena slot ½λ
2. Mengukur daya pancar dan daya pantul pada antena slot ½λ
3. Mengukur nilai kuat sinyal RF pada antena slot ½λ

Modul ukur yang digunakan dalam melakukan pengukuran antena slot ½λ terdiri dari: UHF Transmitter, SWR & Powermeter, Power Supply ±15 VDC, Dummy Load, Unit Kontrol Antena, Stub Tuner, Pemutar Antena, Antenna Receiver RF Detector. Sedangkan jenis-jenis kabel yang digunakan adalah: kabel koaksial (RG58/U, 50 ohm) dengan konektor BNC ke UHF konektor, kabel koaksial dengan konektor UHF ke konektor UHF, kabel data dengan konektor DIN-F ke DIN-M, Adapter konektor UHF tipe L-Female, kabel data USB ke serial.

Tahapan-tahapan pengukuran untuk mendapatkan nilai VSWR pada antena ½λ adalah sebagai berikut:

1. Menyusun rangkaian unit modul VSWR dan Powermeter dengan unit modul Pemutar Antena.
2. Memasang dan menguatkan antena slot ½λ ke terminal UHF.
3. Mengukur parameter VSWR, daya pancar dan daya pantul.
4. Mencatat hasil pengukuran dalam tabel pengukuran.

Tahapan-tahapan pengukuran untuk mendapatkan nilai daya pancar dan daya pantul pada antena slot ½λ adalah sebagai berikut:

1. Merangkai unit pemancar UHF, VSWR dan Powermeter, Unit Kontrol Antena dan Stub Tuner.
2. Mengatur tombol penggeser Stub Tuner mulai posisi 0 cm hingga 10 cm.
3. Mengubah mode CAL ke mode SWR pada tombol FUNCTION, kemudian mencatat hasil nilai yang terukur pada VSWR meter.
4. Memindah mode CAL ke POWER pada tombol FUNCTION, kemudian memindahkan mode OFF ke mode FWD dan REV, lalu mencatat hasil nilai yang terukur pada Powermeter.

Tahapan-tahapan pengukuran untuk mendapatkan nilai kuat sinyal RF pada antena slot ½λ adalah sebagai berikut:

1. Menghubungkan modul Unit Kontrol Antena dengan PC/laptop melalui port USB to Serial dengan menggunakan kabel data USB to Serial.
2. Melakukan kalibrasi pada modul VSWR dan Powermeter untuk mendapatkan hasil nilai yang presisi.
3. Membuka program aplikasi, lalu memilih saluran komunikasi data yang digunakan, contoh COM3.
4. Menghubungkan aplikasi dengan sistem unit kontrol antena dengan menekan menu CONNECT pada tampilan depan aplikasi UHF antenna radiation pattern diagram.
5. Mengisi dan menuliskan data pada menu aplikasi seperti berikut: Antenna type: Slot ½λ, Polarization: Horizontal/Vertikal, Frequency : 407 MHz.
6. Mengisi nilai data Power (PFWD dan PREV) yang diambil dari hasil pengukuran pada saat unit pemancar diaktifkan.

IV. ANALISA

4.1. Hasil Pengukuran VSWR, Daya Pancar, Daya Pantul Antena Slot ½λ

Dari hasil pengukuran yang diperoleh didapatkan parameter nilai daya pancar adalah 0,2 watt, daya pantul adalah 0,08 watt dan nilai VSWR adalah sebesar 1, seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 1.

Dengan hasil yang diperoleh dari pengukuran ini didapatkan nilai yang cukup ideal dari suatu antena slot ½λ, yaitu nilai VSWR yang didapatkan sebesar 1. Bila mengacu pada standar dan spesifikasi antena yang diaplikasikan untuk kebutuhan industri, dimana nilai VSWR harus lebih kecil dari 2, maka antena slot ½λ sangat baik diterapkan. Begitu juga dengan hasil pengukuran yang diperoleh untuk daya pantul (Preverse) yang hanya sebesar 0,08 watt, membuat kinerja yang baik pada antena slot ½λ di kedua sisi pemancar dan penerima.

4.2. Hasil Pengukuran Kuat Sinyal Antena Slot ½λ

Dari hasil pengukuran didapatkan dua bentuk pola radiasi untuk antena slot terbuka ½λ yang bekerja pada frekuensi 407 MHz, yaitu polarisasi vertikal dan polarisasi horisontal. Hasil pengukuran kuat sinyal untuk antena slot ½λ menunjukkan rentang tegangan dari 0,538 volt DC hingga 0,765 volt DC, dengan nilai terukur bervariasi di setiap posisi sudut.

Dari nilai VSWR yang diperoleh, maka didapatkan nilai koefisien pantulan dan return loss. Secara keseluruhan hasil perancangan antena slot terbuka ½λ yang bekerja pada frekuensi 407 MHz dengan menggunakan BALUN, memiliki parameter nilai yang cukup baik dan sudah sesuai dengan standar parameter antena. Dapat disimpulkan bahwa antena yang dirancang dan dibuat ini memiliki kinerja dan fungsi yang baik pada saat digunakan.

V. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pengukuran yang diperoleh dari rancang bangun antena slot ½λ dengan frekuensi kerja 407 MHz dapat diambil kesimpulan bahwa:

1. Nilai VSWR sebesar 1,0 pada antena slot ½λ ini telah sesuai dengan standar antena dan cocok dengan kebutuhan industri, yaitu nilai VSWR kurang dari 2.
2. Nilai daya pantul sebesar 0,08 watt adalah relatif kecil dibandingkan dengan daya yang dipancarkan sebesar 0,2 watt. Hal ini menandakan bahwa sinyal yang ditransmisikan oleh pemancar sebagian besar telah terserap oleh penerima.
3. Antena slot ½λ merupakan jenis antena omnidirectional, seperti terlihat pada pola radiasinya yang menunjukan nilai tegangan yang hampir sama besar dari semua arah, yaitu dari rentang 0,538 volt DC hingga 0,765 volt DC.

DAFTAR PUSTAKA

1. Balanis A. Constantine. 1997. Teori Antena: Analisis dan Desain. Edisi Kedua. New York: John Wiley & Sons.
2. Mudrik Alaydrus. 2011. Antena: Prinsip dan Aplikasi. Edisi Pertama. Yogyakarta: Graha Ilmu.
3. Pudak Scientific. 2018. Panduan Percobaan: Sistem Demonstrator Antena UHF. Bandung: Pudak Scientific.
4. John D, Kraus. 2006. Antena: Untuk Semua Aplikasi, Edisi Ketiga. New Delhi: TATA McGraw Hill.
5. J. Dunlop & D. G. Smith. 2000. Teknik Telekomunikasi, Edisi Ketiga. London: Chapman & Hal.
6. Teten Dian Hakim. 2019. Rancang bangun antena kaleng di frekuensi 2,4 GHz untuk memperkuat sinyal wi-fi. Elektrokrisna Vol.7, No.3.
7. Slamet Purwo Santoso. 2019. Rancang bangun antena yagi 7 elemen lingkaran penguat sinyal wi-fi. Elektrokrisna Vol.7, No.3.