Antena OmniDirectional

Antena dan Kabel Penghubung

Bagi rekan-rekan yg suka bikin antena, ini saya dapat dari searching di Mbah Google jadi bagi yg merasa menulis ini mohon maaf karena saya lupa nama dan alamatnya. Dan semoga ini bisa membantu.

Bagi rekan-rekan yang belum pernah berkecimpung dalam dunia radio sebelumnya, ada baiknya membaca-baca buku amatir radio seperti ARRL Antenna Handbook (http://www.arrl.org), ARRL Technical Information Pages (http://www2.arrl.org/tis/tismenu.html) dan W1GHZ online microwave antenna handbook di (http://www.qsl.net/n1bwt/preface.htm). Surfing ke berbagai situs amatir radio akan sangat membantu, terutama untuk memperoleh informasi & software untuk membantu membangun antenna buatan sendiri. Ada banyak hal yang perlu diperhatikan dalam instalasi antenna, seperti grounding system, kabel coax yang baik maupun berbagai tipe antenna. Kunci survive anda berada di sistem antenna yang digunakan.

Beberapa Tipe Antenna

Pada dasarnya ada beberapa tipe antenna yang biasa digunakan untuk operasional jaringan wireless Internet, diantaranya:

• Antenna Omnidirectional, biasanya digunakan pada Akses Point untuk memberikan akses Internet pada WARNET dalam radius 360 derajat.
• Antenna Sectoral, biasanya digunakan pada Akses Point untuk memberikan akses Internet pada WARNET atau pelanggan dalam radius tertentu, biasanya 90 derajat, 120 derajat dan 180 derajat.
• Antenna directional (pengarah), biasanya diletakan di WARNET untuk mengarahkan sambungan langsung ke Akses Point.

Tampak pada gambar adalah antenna 19 dBi yang digunakan penulis di rumahnya untuk menyambungkan diri ke Internet 24 jam. Antenna terpasang pada pipa ledeng ukuran 1.5 inci. Dengan ketinggian sekitar 1.5 meter dari atas atap. Tidak jauh dari antenna di pasang penangkal petir.

Instalasi antenna WLAN tersebut tidak seperti yang banyak digunakan oleh rekan-rekan WARNET yang menggunakan tower yang tinggi yang banyak menghabiskan biaya. Perhitungan Line Of Sight (LOS) menjadi penting untuk mengetahui apakah posisi Antenna sudah baik atau belum. Terus terang, ketinggian ini agak nekad karena menurut perhitungan seharusnya di letakan pada tower ketinggian sekitar 10 meter-an.




Kabel Coax Penghubung Antenna

Kabel coax adalah kabel yang digunakan untuk menghubungkan antenna dengan peralatan pemancar atau penerima. Kabel ini mempunyai impedansi spesifik, yang digunakan dalam wireless LAN adalah kabel coax yang memiliki impedansi 50 ohm.

Sialnya, komponen yang paling mematikan dalam instalasi wireless Internet adalah kabel coax ini karena memiliki redaman. Pada tabel di bawah diperlihatkan redaman dari beberapa jenis coax pada frekuensi 2.4GHz.

Tipe Kabel Redaman / 10 meter
(pada frekuensi 2.4GHz).
RG 8 3.3 dB
LMR 400 2.2 dB
Heliax 3/8” 1.76 dB
LMR 600 1.7 dB
Heliax ½” 1.2 dB
Heliax 5/8” 0.71 dB

Pengalaman di lapangan, sebaiknya gunakan kabel heliax atau LMR. Memang harganya lumayan mahal sekitar Rp. 250.000-an / meter jika beli baru, kadang-kadang kita dapat memperoleh-nya dengan harga murah kalau sedang untung. Sebaiknya, jangan sekali-sekali menggunakan kabel RG-8 kalau anda ingin selamat.

Konektor Antenna

Sambungan antara peralatan WLAN, coax & antenna menjadi sangat penting artinya karena konektor merupakan peredam daya jika instalasinya kurang baik. Paling tidak konektor yang baik akan memakan daya sekitar 0.3-0.5 dB. Konektor N & SMA yang di rancang untuk bekerja pada frekuensi tinggi. Ada beberapa tipe konektor yang digunakan untuk instalasi WLAN, yaitu:

. N-Female biasanya digunakan pada sisi antenna atau anti petir.

. N-male sambungan di kabel coax yang akan menghubungkan ke antenna.

. Konektor SMA male Right Hand Polarization biasanya dihubungkan ke kabel coax kecil (pig tail) untuk dihubungkan ke konektor pada card WLAN.

. Konektor SMA female right hand polarization biasanya terpasang pada card WLAN.

. Untuk menyambungkan card WLAN yang terpasang konektor SMA untuk coax kecil, ke kabel coax LMR atau Heliax yang diameter-nya lebih besar. Biasanya dibuatkan kabel penghubung dengan konektor yang berbeda (N & SMA). Kabel ini di kenal sebagai pig tail.

Grounding System

Pada dasarnya ada tiga (3) jenis grounding system, yaitu:

• Safety ground, ini untuk daya listrik berteganggan tinggi (PLN)
• Lightning ground, ini untuk menyalurkan petir ke tanah.
• RF ground, ini untuk grounding sinyal RF (radio).

Yang kita perlukan dalam operasional WLAN adalah Lightning Ground dan RF Ground, kedua-nya harus diletakan pada tempat yang terpisah, jangan di jadikan satu.

RF Grounding system terutama dibutuhkan untuk antenna omnidirectional atau sectoral. Untuk antenna directional biasanya tidak dibutuhkan, karena salah satu bagian dari antenna directional telah menjadi RF ground itu sendiri. RF ground dapat dibuat dari beberapa kabel radial di tanah yang di sambungkan ke ground coax.

Lightning Ground secara detail dapat dilihat di http://www.arrl.org/tis/info/lightning.html. Beberapa rekan biasanya menggunakan air di sumur bor sebagai ground yang baik. Intinya, kita harus menyediakan tempat dengan resistansi yang paling rendah bagi petir agar masuk ke jalur yang kita sediakan. Tentunya dengan adanya lightning ground ini maka diperlukan peralatan anti-petir di hubungkan ke kabel coax yang kita gunakan agar bisa menyalurkan petir ke lightning ground.


Polarisasi Antenna

Dalam dunia elektromagnetik sinyal / gelombang radio dapat merambat di udara dengan dua polarisasi yang saling tegak lurus tergantung jenis medan yang di tumpanginya, medan listrik atau medan magnit.

Menggunakan polarisasi antenna yang tepat akan memungkinkan kita untuk:

• Meningkatkan isolasi terhadap sumber sintal yang tidak di inginkan. Diskriminasi oleh cros polarisasi (x-pol) biasanya sekitar 25 dB.
• Meredam interferensi.
• Mendefinisikan wilayah / daerah yang di cover (di servis).

Antenna di samping berada pada posisi polarisasi horizontal. Perhatikan antenna dipole yang berada di muka reflector parabola berada pada posisi horizontal. Polarisasi horizontal biasanya digunakan untuk hubungan komunikasi point to point (P2P).

Pada gambar samping adalah antenna sektoral yang biasa di pasang pada base station (BTS) tempat Akses Point di letakan. Karena antenna sektoral ini harus memberikan servis kepada beberapa stasiun sekaligus atau Point To Multi Point (P2MP) maka biasanya menggunakan polarisasi vertikal. Antenna omnidirectional merupakan contoh lain antenna yang menggunakan polarisasi vertikal.

Antenna Omnidirectional

Antenna omnidirectional di rancang untuk memberikan servis dalam radius 360 derajat dari titik lokasi. Sangat cocok untuk Akses Point untuk memberikan servis bagi WARNET sekitarnya dalam jarak dekat 1-4 km-an. Antenna jenis ini biasanya menpunyai Gain rendah 3-10 dBi.

Gambar pola radiasi antenna omnidirectional dapat dilihat pada gambar di bawah. Potongan medan horizontal memperlihatkan radiasi yang hampir berbentuk lingkaran 360 derajat.

Potongan medan vertikal memperlihatkan penampang yang medan yang sangat tipis pada sumbu vertikal. Hal ini berarti hanya statiun-stasiun yang berada di muka antenna saja yang akan memperoleh sinyal yang kuat, stasiun yang berada di atas antenna akan sulit memperoleh sinyal.

Antenna Sektoral
Antenna sektoral seperti hal-nya Antenna Omnidirectional mempunyai polarisasi vertikal & dirancang untuk digunakan pada base stasion (BTS) tempat Akses Point berada.

Berbeda dengan antenna omnidirectional yang dapat memberikan servis dalam jangkauan 360 derajat. Antenna sektoral hanya memberikan servis pada wilayah / sektor yang terbatas. Biasanya 45-180 derajat saja. Keuntungan yang diperoleh dengan membatasi wilayah servis tersebut, antenna sektoral mempunyai gain yang lebih besar daripada antenna omnidirectional. Biasanya antenna sektoral mempunyai gain antara 10-19 dBi.

Tampak pada gambar potongan medan horizontal antenna sectoral yang hanya melebar pada satu sisi saja. Sedang pada potongan medan vertikal-nya sangat pipih seperti antenna omnidirectional.


Antenna Directional

Antenna Directional secara umum ada dua jenis, yaitu:

• Yagi
• Parabola

Antenna yagi mempunyai penguatan lebih kecil (7-15 dBi) tampak pada gambar samping beberapa contohnya. Semakin banyak anak radiator yang digunakan, semakin tinggi penguatan antenna tersebut. Pola radiasinya diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Bentuknya kira-kira seperti bola baik pada potongan medan horizontal maupun vertikalnya.


Antenna Parabola biasanya mempunyai penguatan minimal sekitar 18-28 dBi. Tampak pada gambar samping sebuah antenna parabola dengan polarisasi horizontal yang biasa digunakan untuk komunikasi point to point (P2P).

Tampak pada gambar potongan medan polarisasi antenna baik yang horizontal & vertikal sangat lancip. Memang antenna parabola ini mempunyai penguatan yang besar, tetapi harus di kompensasi dengan lebar beam (beam width) yang sangat sempit. Artinya jika arah antenna tergeser sedikit maka sinyal akan hilang di ujung yang lain.

Menggunakan antenna 24dBi untuk jarak dekat tidaklah effektif. Saran bagi para pengguna WLAN, sebaiknya di gunakan antenna dengan gain secukupnya supaya reliabilitas tetap tinggi dari gangguan mekanik, seperti antenna tergeser dll.


Antenna Buatan Sendiri

Mungkinkah membuat sendiri antenna untuk WLAN 2.4GHz? Mengapa tidak? Ada beberapa referensi menarik di Internet yang dapat memberikan inspirasi bagaimana membuat sendiri Antenna 2.4GHz sendiri, diantaranya adalah:

• http://users.bigpond.net.au/jhecker/ (antenna helical)
• http://www.saunalahti.fi/~elepal/antenna1.html (antenna dipole / yagi sederhana).
• http://www.seattlewireless.net/index.cgi/BuildingYagiAntennas (antenna yagi).
• http://www.qsl.net/ki7cx/wgfeed.htm (feed system untuk parabola).
• Dll. masih banyak lagi.

Salah satu antenna yang saya lihat paling menarik adalah antenna helical yang dirancang oleh Jason Hecker (jason@air.net.au). Untuk memberikan gambaran bagi para pembaca saya coba terjemahkan secara bebas penjelasan Jason dari http://users.bigpond.net.au/jhecker/.

Komponen yang perlu disiapkan antara lain adalah:
• 1 x 0.55 meter pipa pralon diameter 40 mm (40 mm inner, 42-43 mm outer).
• 1 x 40 mm (diameter) penutup pralon.
• 1 x 150 mm (diameter) penutup pralon atau potongan plastik / kayu yang tenbal dengan diameter yang sama.
• 2 x 25 mm atau 35 mm baut U.
• 8 x mur untuk baut U.
• 8 x ring untuk baut U.
• 1 x 5/16” baut (yang pendek) dengar mur & ring yang cocok.
• 1 x lempengan kuningan dengan ketebalan 0.4-0.7 mm secukupnya untuk dipotong dengan lingkaran berdiameter 130 mm.
• Kabel tembaga diamter 1 mm berlapis email sepanjang beberapa meter.
• 1 x konektor N untuk di letakan di panel.
• 3 x mur & ring untuk konektor N tersebut.
• Print PDF file berisi pattern antenna helical, atau membuat sendiri dari perhitungan di bawah. File PDF dapat di ambil dari http://users.bigpond.net.au/jhecker/.
• Lem Araldite yang lambat mengeringnya.
• Lem Loctite 424 atau yang mirip (seperti superglue atau hotglue gun).
• Penutup silicon.
• Selotape.


Peralatan yang dibutuhkan:
• Gergaji.
• Meja yang rata / datar.
• Pemotong kabel.
• Kunci untuk baut 5/16”.
• Obeng untuk konektor N.
• Bor
• Solder
• Gunting (untuk menggunting lempeng kuningan).
• Pisau.

Langkah membuat antenna tersebut adalah:

• Print & potong template dari PDF file yang anda ambil di http://users.bigpond.net.au/jhecker/. Ada tiga file, yaitu, circle.pdf dan rhspiral.pdf atau lhspiral.pdf. Gunakan rhspiral untuk right handed spiral helicals dan lhspiral untuk left handed spirals. Anda membutuhkan circle untuk membuat ground plane (reflector), kecuali jika anda dapat membuat lingkaran dengan diamter 130 mm yang baik.

• Potong pipa pralon 40 mm sepanjang 550 mm (55 cm).

• Lilitan template lilitan rhspiral atau lhspiral di pipa pralon dan selotape ujung-ujungnya. Tidak masalah anda menggunakan RIGHT atau LEFT handed template selama ujung-ujungnya menyambung. Pastikan spiral yang kita gambar menyambung ujung ke ujung. Sedikit gap tidak terlalu masalah. Yang perlu di ingat bahwa jika anda menyatukan LEFT & RIGHT handed helical, maka total sinyal akan saling mematikan.

• Di ujung awal tempate akan menjadi tempat menempelkan ke dasar antenna. Sebaiknya ujung awal di lebihkan sedikit untuk mengkompensasi ketebalan penutup pralon 40 mm. Seperti tampak pada gambar.

• Gunakan ujung yang lancip seperti cutter, beri tanda pada template sepanjang jalur helical dalam interval tetap, misalnya 5 atau 6 tanda setiap putaran. Dengan cara ini kita akan meninggalkan tanda pada pralon untuk memudahkan pada saat kita melilit kabel email. Beri tanda di mana kabel email berhenti di pipa pralon. Anda harusnya mempunyai beberapa mm kelebihan di pipa pralon. Hal ini OK.

• Lilitan kabel tembaga berlapis email dan gunakan superglue atau Loctite 424 untuk menempelkan kabel ke tempat akhir kabel di pipa pralon. Perlahan lilitkan kabel sepanjang pipa pralon ikuti tanda spiral yang telah kita toreh di pipa pralon. Pada interval yang sama, misalnya setiap ½ atau 1/3 lilit, tambahkan lem untuk menempelkan kabel di tempatnya.

• Pada saat anda mendekati akhir lilitan, lilitan terakhir jangan di lem. Biarkan cukup banyak kabel (10 cm atau lebih) di akhir lilitan. Biarkan dulu beberapa saat sampai lem mengering.

• Potong lempengan kuningan atau tembaha dengan diameter 130 mm diambil dari circle.pdf.


• Bor lubang pada penutup pralon 150 mm dan lempengan 130 mm untuk baut dan konektor N. Semua berpusat pada penutup pralon 40 mm yang akan ditempelkan para penutup pralon 150 mm. Posisikan konektor N pada pinggiran kanan dari penutup pralon 40 mm.


• Potong penutup pralon 40 mm agar ada tempat cukup untuk konektor N maupun lubang baut-nya yang tiga buah itu. Untuk memberikan gambaran potongan lihat gambar.


• Lubangi di tengah penutup pralon agar cukup untuk baut 5/16”. Penutup pralon dengan potongan maupun lubang baut tampak pada gambar.


• Baut penutup pralon 40 mm dan 150 mm menjadi satu seperti tampak pada gambar. (konektor N & reflektor belum terpasang).


• Tempat penempelan baut U terserah kepada kita tergantung pada ukunran-nya 25 atau 35 mm atau berapapun. Pastikan agar tidak mengganggu pada saat kita memasang kabel coax di konektor N.

• Pasang lempengan tembaga atau aluminium 130 mm pada penutup pralon 150 mm, dan bautkan pada penutup pralon 40 mm. Pastikan semua lubang pada lempengan dan penutup pralon pas.

• Sambungkan konektor N.

• Untuk dapat matching impedansi antenna yang biasa sekitar 150 ohm untuk antenna helical ke kabel coax yang hanya 50 ohm, anda membutuhkan lempengan tembaga atau kuningan selebar 15-20 mm. Potong lempengan tersebut diagonal dan hubungkan dari konektor N ke ujung antenna. Ukuran potongan tembaga yang digunakan pada sisi tegak adalah 17 mm dan 71 mm dengan diagonal 73 mm. Lempeng aluminium tidak dapat di solder, jadi jangan digunakan. Lempeng kuningan yang baik digunakan. Lihat gambar untuk jelasnya.


• Masukan pipa pralon ke penutup pralon 40 mm dan tandai dimana spiral akan bertemu dengan ujung penutup. Potong kabel email yang berlebih disini, gunakan ampelas untuk menghilangkan email yang ada agar siap di solder.

• Solder lempeng tembaga yang baru kita buat di atas ke kabel email dari spiral helical. Gunakan lem seperlunya. Mungkin anda perlu melakukan trimming dari lempengan lembaga untuk mencocokan ukuran.

• Pada saat pipa pralon masuk secara penuh ke penutup pralon 40 mm, seharusnya pipa akan masuk dengan baik. Setelah itu lempengan tembaha yang menjadi matching impedansi di solder ke konektor N.

• Agar pipa pralon menempel dengan baik ke penutup pralon 40 mm, ampelas permukaan kedua benda yang akan saling berhubungan ini dengan ampelas agar lem yang kita gunakan dapat lebih baik menempelkan pralon.

• Gunakan lem Araldite yang SLOW DRYING (bukan 5 menit). Letakan Araldite di ujung bawah pipa pralon & di dalam penutup pralon. Atur posisi konektor N & rangkaian matching impedansinya.

• Biarkan lem mengering (sekitar satu hari). Pasang baut U dan anda sudah memiliki sebuah antenna helical. Bentuk konektor N yang menonjol melalui lempengan tembaga yang terhubung pada lempengan matching impedansi tembaga tampak pada gambar.


• Alasan utama mengapa penutup 150 mm digunakan agar kita dapat menutup selurtuh konstruksi antenna menggunakan pipa pralon 150 mm sehingga aman dari ganggung cuaca burung dll.

• Gambar produk akhir sebuah antenna helical.

• Tampak belakang ....
Beberapa hal penting

• Test pipa pralon yang akan digunakan untuk antenna di dalam oven microwave. Kalau pipa pralon menjadi panas setelah di oven selama 2 menit-an, artinya bahan pipa pralon tersebut tidak baik untuk antenna, karena akan mengambil energi radio.

• Rangkaian matching impedensi di atas tidak terlalu sensitif.

• Antenna ini cukup baik digunakan untuk jarak 3-4 km dengan line of sight yang baik.

• Ada banyak kemungkinan variasi disain, misalnya kita dapat mengunakan PCB yang di etch sesuai dengan pola circle sebagai reflektor.


Perhitungan Untuk Membuat Antenna Sendiri

Rumus yang digunakan oleh Jason Hecker (jason@air.net.au) banyak di ambil dari Bab 19 dari ARRL Antenna Handbook (http://www.arrl.org) di mana kita akan melihat cukup banyak contoh disain antenna helical, termasuk cara mengukur kinerjanya.

Rumus antenna helical di ambil dari halaman 19-23 ARRL Antenna Handbook tertera di bawah ini.

C = 0.75 to 1.33  circumference of winding
S = 0.2126 C to 0.2867 C axial length of one turn
G = 0.8 to 1.1  diameter of ground plane / reflector
C =  D circumference is pi times the diameter
Diameter dari lilitan biasanya tetap, dengan pipa pralon 40 mm maka diameter lilitan adalah 42 mm. Jika frekuensi yang kita gunakan adalah (2.425GHz) maka panjang gelombang  = 0.123711 meter.
C =  * 0.042m = 0.13195m
= 1.066 
Jika kita ukur, ternyata S yang digunakan Jason tampaknya 0.31830 C, yang artinya out of range. Tapi tampaknya bukan masalah yang fatal.
S = 0.3183 * 0.13195m = 0.042m (anehnya sama dengan diameter tabung)
Diameter ground plane G = 1.05  = 0.130m
Gain dari antenna dalam dBi di definisikan sebagai:
Gain = 11.8 + 10log10(C * C * n * S) dimana n adalah jumlah lilitan.
Gain = 11.8 + 10log10(1.066 * 1.066 * 13 * 0.31830)
= 18.5dBi
Pada tabel di bawah terlihat dengan jelas bahwa gain antenna akan bertambah dengan menambahkan jumlah lilitan. Kira-kira kenaikan 3dB akan di peroleh dengan men-dobel jumlah lilitan. Kira-kira 13 lilitan pas untuk panjang pipa 0.55 meter & merupakan kompromi yang baik antara panjang vs. gain.

Pada card 801.11 yang banyak dipasaran umumnya kita bisa menset frekuensi yang digunakan sebanyak 11 channel (FCC US). Oleh karena itu anda mungkin ingin mengubah C & S dari rumus di atas untuk memperoleh gain semaksimal mungkin untuk frekuensi tempat kita bekerja.

Hal lain yang perlu diperhatikan dalam antenna adalah lebar beam. Lebar beam biasanya di hitung menggunakan pada saat daya 50% (3 dB) lebih rendah daripada daya di pusatnya. Rumus / perhitungannya adalah:
Half Power Beam Width = 52 / (C * sqrt(n * S)) derajat
= 52 / (1.066 * sqrt(13 * 0.31830))
= 23.98 derajat