A. Definisi dan Jenis Antena larik
Sahabat CENDIKIA, pasti kalian pernah mengetahui atau paling tidak mendengar “antena” bukan? Komponen ini memiliki peran yang sangat vital dalam teknologi komunikasi nirkawat (wireless) seperti radio, televisi, sistem komunikasi seluler, satelit dll. Antena merupakan struktur logam yang berfungsi untuk memancarkan dan menerima gelombang radio [1]. Antena juga diartikan sebagai antarmuka (interface) antara gelombang radio yang berada di ruang bebas (free space) dengan arus listrik yang merambat melalui logam. Jenis dan ukuran antena bermacam – macam. Salah satu jenis antena yang banyak digunakan dalam teknologi telekomunikasi seluler adalah antena larik (array). Antena ini juga biasa disebut microstrip antenna atau printed antenna karena antena tersebut dirancangan dengan teknik Photolithographic atau optical lithography yang diterapkan pada Printed Circuit Board (PCB) [2].
Larik antena terdiri dari elemen berupa antena atau patch berjarak tertentu yang terdapat pada suatu antena dasar. Berdasarkan struktur geometri, larik antena dibagi menjadi dua yakni larik linier dan larik planar seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Pembagian antena larik berdasarkan struktur geometri [3]
Contoh antena larik yang bekerja pada frekuensi 5G (28 GHz) dan memiliki 16 elemen antena ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2 a. Antena larik linier yang memiliki 16 elemen antena, b. Dimensi antena larik dengan panjang 99.2 mm dan lebar 17.45 mm.
Gambar 2 menunjukkan ukuran antena larik dengan dimensi yang sangat kecil karena antena tersebut digunakan di frekuensi tinggi yakni 28 GHz. Ingat rumus bagaimana menghitung panjang antena (lambda)
f=c/λ
Dengan f=28.10^9 Hz,c=3.10^8 m/s, maka λ=1,07 cm atau mendekati panjang dari antena pada Gambar 2 yakni 0.99 cm.
B. Antena Larik Linier (Linear Array)
Larik Linier dibagi menjadi dua yaitu larik ULA (Uniform Linear Array) atau Larik Linier Seragam dan larik non-ULA atau Larik Linier Tidak Seragam. Keduanya dibedakan berdasarkan jarak antar antena pada larik. Larik Linier Seragam memiliki jarak yang sama antar antena yang satu dengan yang lain pada larik dan larik jenis ini dibedakan menjadi Larik Ganjil dan Larik Genap. Jika adalah posisi antena pada sumbu koordinat x maka letak antena ke-n pada sumbu tersebut ditentukan oleh
x_n=(n-(N-1)/2)d ,
(1)
dengan d adalah jarak antar antena, N adalah jumlah antena pada larik, dan n=0,1,…,N-1. Untuk Larik Linier Tidak Seragam, antar antena yang satu dengan yang lain memiliki jarak yang tidak sama. Secara matematis, struktur antena larik linier yang memiliki M antena ditunjukkan oleh Gambar 3. Terdapat beberapa istilah pada pemodelan matematis sebuah antena larik linier. Pemodelan ini sangat penting ketika digunakan untuk menyelesaikan beberapa permasalahan seperti dengan menggunakan antena larik seperti pencarian arah-datang sinyal atau isyarat (Direction-of-Arrival, DoA). Terdapat s(t) sebagai sinyal yang berasal dari pemancar lain, θ adalah sudut datang atau sudut yang dibentuk antara sinyal datang relatif dengan antena. Parameter penting dalam antena larik adalah vektor larik sebagai fungsi θ sehingga bisa dituliskan dengan a(θ).
Gambar 3 Struktur ULA dengan M antena
Vektor larik merepresentasikan isyarat yang diterima oleh satu elemen antena relatif terhadap elemen antena yang lain. Vektor larik untuk antena ke-1 hingga antena ke-M pada Gambar 3 [4] dinyatakan dengan
(2)
dengan M adalah jumlah antena, θ adalah DoA (dalam derajat), dan λ sebagai panjang gelombang (dalam meter). Array factor (AF) didefinisikan dengan [5]
(3)
dengan w_n adalah pembobot (weight) untuk n=1, 2, …, M. Besarnya AF digunakan untuk menentukan pola-beam (beampattern).
Pada bagian yang selanjutnya, kita akan berdiskusi tentang pemodelan sinyal terima dengan menggunakan antena larik linier untuk estimasi DoA.
Referensi :
[1] https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/communications/outreach/funfacts/txt_antenna.html
[2] Lee, Kai Fong; Luk, Kwai Man (2017). Microstrip Patch Antennas. World Scientific. pp. 8–12. ISBN 978-981-3208-61-2
[3] H. L. Van Trees, Optimum array processing. New York: Wiley, 2002
[4] J. Foutz, A. Spanias, and M. K. Banavar, Narrowband Direction of Arrival Estimation for Antenna Arrays, vol. 3. 2008.
