Wifi dan Microwave Bagian 3

Ukuran Antene, Gain dan Polarisasi.
Ukuran antene secara matematis adalah 0,5 panjang gelombang, untuk antene vertikal panjang nya 0,25 dari panjang gelombang
Contoh:
Wifi EnGenius EAP9550 saat belum di-setting bekerja pada Kanal 11. Kanal 11 mempunyai frekuensi tengah (center frequency) = 2,462 GHz. = 2462 MHz.
Panjang gelombang (λ) = 300/2462 = 0,122 meter atau 12,2 Cm.
Jadi 0,25 λ= 3 Cm.
Untuk 0,5 λ = (3 + 3) Cm.
Panjang antene 0,5 λ dinyatakan dengan (3 + 3) Cm dan bukan 6 Cm, sebab antene jenis ini seperti pada Bagian 2 memiliki dua buah lengan yang tidak saling dihubungkan. Lengan L = 3 Cm dan Lengan C = 3 Cm.
Antene vertikal pada beberapa perangkat ukurannya benar-benar 0,25 λ namun pada beberapa perangkat antene vertikal memiliki ukuran yang lebih panjang dari 0,25 panjang gelombangnya.

 

Gambar 1. Antene vertikal pada sebuah perangkat yang lebih panjang.

 

Gambar 2. Vertical High Gain Antenna. 

Karena ukuran antene vertikal untuk microwave sangat pendek, maka banyak pabrikan yang menyertakan antene untuk produksinya lebih panjang dari 0,25 panjang gelombangnya. (Gambar 1). 

Gambar 2 menunjukkan sebuah antene vertikal yang panjangnya 1,6 meter. 

Penambahan ukuran ini digunakan untuk mempertinggi faktor penguatan "non input power" listrik, atau yang disebut dengan istilah Antena Gain.

Contoh seperti Gambar 3.

 

Gambar 3. Antene vertikal seperti Gambar 1 yang dibuka selubungnya.

Gambar 3 menunjukkan ternyata didalam selubung antene Gambar 1 terdapat 2 buah antene vertikal yang dipisahkan dengan sebuah belitan (Antenna Loading). Jadi power listrik yang dimasukkan kedalam antene akan dirubah menjadi gelombang elektromagnit dua kali, pertama oleh antene Vertikal 1 kemudian yang kedua akan dirubah lagi oleh antene Vertikal 2.

Jadi secara mudah dihasilkan 2 kali lipat gelombang elektromagnit. Atau Antenna Gain = 2 x. 

Gambar 3 adalah TP-Lin TL-ANT2415D yang memiliki antenna gain menurut pabrik pembuatnya 15dBi.

Atau 15 dB lebih besar dibanding dengan antene i(sotropic). Antene Isotropic adalah antene yang bersifat laboratoris, digambarkan sebagai sebuah titik yang mampu menyebarkan gelombang elektromagnetik kesegala arah secara homogen. 

Jadi ditempat yang sama, sejauh l meter dari sumber yang menggunakan antene Isotropic sebuah penerima menerima signal sebesar 1 dB. Maka bila sumber menggunakan antene TP-Link TL-ANT2415D penerima yang sama akan menerima signal sebesar 15 dB.

Atau 10 Log (15/1) = 10 Log 15 = 10 x 1,18 = 11,8 kali lebih besar.

Untuk melihat bagaimana sebuah antene memancarkan gelombang elektromagnetik, maka harus dibayangkan antene tersebut berada dititik pusat sumbu ruang (x,y,z), seperti pada Gambar 4.

 

Gambar 4. Sumbu ruang untuk melihat polarisasi gelombang elektromagnit

Sebuah antene vertikal bila diletakan pada sumbu (0,0,0), maka gambaran 3 Dimensi pola pancarannya adalah seperti Gambar 5.

 

Gambar 5. Potongan 3D dari pola pancaran antene Vertikal.

Gambar 6a                                         Gambar 6b 

Gambar 6a Polarisasi dilihat dari sumbu (x,z) dan Gambar 6b Polarisasi dilihat dari sumbu (x,y).

Gambar 6b sesuai dengan kenyataannya, berbeda kehalusannya dengan Gambar 5.

Sedangkan kalau antene seperti pada Gambar 7 diletakkan pada sumbu (0,0,0), maka Polarisasinya menjadi seperti Gambar 8.

Gambar 7. Antene Grid.

Gambar 8. Polarisasi Antene Grid. 

Dari polarisasi-nya, maka dapat diketahui sifat antene Vertikal yaitu memancar kesegala arah, sehingga antene Vertikal juga disebut sebagai antene Omnidirectional.

Antene Grid memancar ke-satu arah, sehingga disebut antene Directional.

Wifi dan Microwave Bagian 2

Antene
Antene adalah beban pemancar radio dan sumber bagi penerima radio. Antene merubah daya listrik menjadi gelombang elektromagnit pada pemancar dan merubah gelombang elektromagnit menjadi gaya gerak listrik pada penerima.

Gelombang elektromagnit terdiri dari Gelombang Elektro (E) dan Gelomang Magnit (H), keduanya saat merambat saling tegak lurus (Gambar 1).

 

Gambar 1.

Gelombang Elektro identik dengan gelombang yang diakibatkan oleh tekanan listrik E
Jadi persamaan Gelombang Elektro pada saat t = e = E Sin ωt
Gelombang Magnit identik dengan gelombang yang diakibatkan oleh arus listrik I Maka persamaan Gelombang Magnit pada saat yang sama = i = I Sin ωt + 90 = I Cos ωt
Akibat dari gelombang selaras tersebut, akan timbul sifat Induktip (L), resistip (R) dan kapastip (C) secara berturutan sepanjang rambatannya.

 

Gambar 2.

Dari Gambar 2 dapat dilakukan pembahasan per-titik untuk harga Impedansi = Z = f(E)/f(I)
Disepanjang sumbu X untuk satu panjang gelombang,
Di titik 0, Z = 0/Max = 0 bersifat resistip atau R
Di titik (π/2), Z = Max/0 = tak berhingga
Di titik π, Z = 0/- Max = 0 bersifat resistip atau R
Di titik (3π/2), Z = - Max/0 = tak berhingga
Di titik (2π), Z = 0/Max = 0 bersifat resistip atau R
Dari Gambar 2 juga dapat dilakukan pembahasan per-area untuk harga magnitude Impedansi = Z = f(E)/f(I)
Disepanjang sumbu X untuk satu panjang gelombang,
Magnitude 0 sampai (π/2) = +/+ = + bersifat Induktip atau L
Magnitude (π/2) sampai (π) = +/- = - bersifat Kapasitip atau C
Magnitude (π) sampai (3π/2) = -/- = + bersifat Induktip atau L
Magnitude (3π/2) sampai (2π) = +/- = - bersifat Kapasitip atau C
Jadi urutan disepanjang sumbu X untuk satu panjang gelombang:
R – L – (tak berhingga) – C – R – L – (tak berhingga) – C – R
Satu panjang gelombang dengan sifat seperti diatas ternyata dapat di-wakili dengan sifat listrik

 

Gambar 3.

 
(tak berhingga) – C – R – L – (tak berhingga) atau cukup setengah panjang gelombang saja seperti yang ditampilkan (Gambar 3).
Dalam aplikasinya antene setengah panjang gelombang seperti Gambar 4.

 

Gambar 4. Antene Setengah panjang gelombang.

Untuk membuat antene Vertikal, dapat dilihat Gambar 4.

 

Gambar 4. 0,25 panjang gelombang real dan 0,25 panjang gelombang mirror.

Ukuran antene vertikal secara generik adalah 0,25 panjang gelombang (daerah real), sedangkan untuk daerah mirror tidak dalam bentuk yang nyata. Panjang antene yang ada di-daerah mirror umumnya digantikan dengan grounding atau kalau dalam perangkat Wireless LAN daerah mirror adalah tubuh atau cassing perangkat itu sendiri.

 

Gambar 5. Antene Vertikal ganda pada sebuah perangkat Wifi.

 

Gambar 6. Antene Vertikal pada Wifi Card.

 Gambar 7. Antene Vertikal milik EnGenius.

 

Gambar 8. Antene Vertikal versi Mikrotik.

   

Jaringan Komputer dan Satuan dB Bagian 3

Spesifikasi Wifi buatan Mirotik:
Type mAP 2n
Tx Power 17 dBm /11 MBps, 11 dBm/54MBps
Rx Sensitivity – 88 dBm/11 MBps, - 73 dBm/54 MBps.
Type RB951-2n
Tx Power 17 dBm/11 MBps, 11 dBm/54 MBps.
Rx Sensitivity – 92 dBm/6 MBps, - 73 dBm/54 MBps.
Yang harus diperhatikan adalah keadaan dimana semakin lebar bandwidth semakin rendah power output-nya, sementara power input tetap.

Power bandwidth.
Power bandwidth dapat dipahami dengan analogi air 1 liter yang dimasukkan kedalam pipa dengan garis tengah yang berbeda-beda.

Rumus volume pipa:
V = 3,14 x r x r x tinggi
Tinggi pipa = Volume/(3,14 x r x r)
Volume 1 liter = 1000 Cm-kubik
Tinggi Pipa (dalam Cm)= 1000/(3,14 x r x r).

 

Gambar 1, Dua pipa dengan garis tengah berbeda tetapi volume sama

Contoh:
Pipa dengan garis tengah 2 Cm
Tinggi Pipa = 1000/3,14 x 1 x 1 = 1000/3,14 = 318,5 Cm
Pipa dengan garis tengah 20 Cm
Tinggi Pipa = 1000/3,14 x 10 x 10 = 1000/314 = 3,2 Cm

Bila garis tengah pipa identik dengan bandwidth (MBps) dan tinggi pipa identik dengan amplitude (dBm).
Maka untuk Power yang tetap ( 1 Liter) dapat dihasilkan amplitude tinggi (318,5 Cm) tetapi Bandwidth sempit ( 2 Cm) atau amplitude rendah ( 3,2 Cm) tetapi Bandwidth lebar ( 20 Cm)
Dari contoh Wifi produksi Mikrotik:
RB951-2n
Tx Power 17 dBm/11 MBps, 11 dBm/54 MBps.
Bila bandwidth di-set pada 11 MBps, maka Tx Power-nya sampai 17 dBm
Bila bandwidth diperlebar sampai 54 MBps, maka Tx Power-nya akan turun sampai hanya 11 dBm.
Dengan sendirinya jangkauan jarak pancar akan semakin jauh bila bandwidth sebuah Wifi atau AP di-set sempit.

Rx Sensitivity.
Sensitivity adalah ketajaman atau ke-peka-an sebuah alat penerima.
Nilai sensitivity menunjukkan batas paling rendah sebuah penerima mampu menerima signal namun masih tetap dapat meampilkan data tanpa distorsi atau tanpa cacat.
Protokol 802.11 menetapkan sensitivity paling rendah adalah – 100 dBm.
Namun hampir semua perangkat Wireless LAN membatasi lebih besar.

 

Gambar 2. Bandwidth lebar jangkauan pedek.

Contoh:
RB951-2n
Rx Sensitivity – 92 dBm/6 MBps, - 73 dBm/54 MBps.
RB951-2n dapat serendah – 92 dBm bila bandwidth di-set pada 6 MBps.
Namun akan jatuh pada – 73 dBm bila bandwidth di-set pada 54 MBps.
Jadi untuk menghasilkan bandwidth yang lebar diperlukan tenaga masuk dari antene penerima lebih besar dibanding kalau hanya menerima bandwidth 6 MBps saja.

 Gambar 3. Bandwidth sempit, jangkauan lebih jauh.

Sensitivity makin mendekarti – 100 dBm berarti semakin peka, karena untuk menghasilkan data tanpa cacat diperlukan power dari antene cukup kecil. Tetapi semakin lebar bandwidth akan diperlukan power yang semakin mendekati – 30 dBm atau penerima semakin tidak peka.

Jaringan Komputer dan Satuan dB Bagian 2

Batasan Power dan Signal Strength dalam satuan dBm.

Setiap perangkat Wireless LAN selalu ada bagian yang bertugas menghasilkan Daya atau Power yang dipancarkan untuk dapat berhubungan dengan bagian perangkat penerima di-pihak pengguna.
Access Point, Wifi, Laptop masing-masing menghasilkan Power untuk dipancarkan.
Power sebesar 20 dBm.
Adalah maksimum power output IEEE 802.11b/g dengan bidang 20 MHz. sebesar 100 mW.
Power sebesar 15 dBm.
Adalah maksimum power output untuk Laptop dan perangkat mobile lain sebesar 32 mW.
Power sebesar 4 dBm.
Untuk Bluetooth Kelas 2 dengan power sebesar 2,5 mW .
Power sebesar 0 dBm.
Untuk Bluetooth Kelas 3 dengan power sebesar 1 mW. Semakin besar power yang dihasilkan tentunya juga akan memiliki daya jangkauan yang jauh. Bluetooth kelas 3 tentunya hanya memiliki jangkauan beberapa meter saja dibanding dengan perangkat Wifi.

 

Gambar 1. Pengukuran dengan aplikasi Wiufi Anakizer.

Dari Gambar 1, nilai paling besar adalah untuk SSID NOC – 30 dBm.
Jadi dapat dilakukan perhitungan
10 Log (P2/1) = -30
Log (P2/1) = - 30/10
Log P2 – Log 1 = - 3
Log P2 = -3
P2 = 0,001 atau 0,001 x 1 mW = 0,001 mW
Maka penerimaan signal Wifi ditempat dimana Smartphone berada adalah 1 uW.
Kemudian lebih rendah lagi ada SSID BAAK yang ter-ukur – 62 dBm.
Dengan cara yang sama dapat dilakukan perhitungan logaritma
10 Log (P2/1)= - 62
Log P2 – Log 1 = - 6,2
Log P2 = - 6,2
P2 = 0,00000062
Atau sebesar 0,00000062 mW atau 0,00062 uW atau 0,62 nW

Gambar 2. Sketsa simulasi jarak antara sumber (Wifi) dan pengguna.

Gambar 2 merupakan sebuah simulasi, bahwa semakin dekat perangkat pengguna ( Smartphone, Tablet, Laptop ) dengan sumber (Wifi), maka Signal Strength akan semakin tinggi. Sebaliknya semakin jauh jaraknya atau ada peredam diantara sumber dan pengguna, maka Signal Strength akan semakin rendah. Sehingga pada jarak tertentu Signal Strength akan mencapai titik terendah untuk penerimaan yaitu -100 dBm. Dimana pada kondisi tersebut data yang berasal dari sumber sudah tidak lagi dapat diproses oleh penerima.
Signal Strength -100 dBm menurut IEEE merupakan minimum penerimaan dari variant 802.11.
Artinya, apabila dititik atau ditempat tersebut signal sebuah Wifi ditampilkan – 100 dBm, maka itu sudah merupakan signal minimum dimana sebuah perangkat penerima masih dapat menampilkan data. Namun tentu saja dengan syarat ditempat tersebut tidak terjadi gangguan dari gelombang radio yang lain.
Gambar 1 menunjunjukkan pengukuran terendah -74 dBm untuk SSID BAAKPSI_WIFI.
Ditempat tersebut besarnya Power yang ditangkap oleh Wifi Analizer sebesar:
10 Log (P2/1) = -74
Log (P2/1) = - 74/10
Log P2 – Log 1 = - 7,4
Log P2 = - 7,4
P2 = 0,00000004 mW
Untuk – 100 dBm
10 Log (P2/1) = -100
Log (P2/1) = - 100/10
Log P2 – Log 1 = - 10
Log P2 = -10 P2 = 0,0000000001 mW

Jaringan Komputer dan Satuan dB Bagian 1

Jaringan komputer yang menggunakan kabel UTP, Fiber Optik dan Gelombang Radio tidak lepas dengan satuan deci Bell atau dB. Bell adalah eponym atau satuan yang berasal dari nama orang. Nama Orang yang bersangkutan dalam hal ini adalah Alexander Graham Bell yang lahir 3 Maret 1847 dan meninggal 2 Agustus 1922. Bell lulusan Universitas Edinburgh London dan dikenal sebagai penemu pesawat Telephone meskipun pada Konggres AS pada Juni 2002 diputuskan penemu Telephone adalah Antonio Meucci. (Awal abad 21 memang penuh kontroversial, yang bikin pusing anak SD adalah Pluto yang ternyata bukan planet). 
Karena satuan Bell saat itu dirasa terlalu besar, maka dibuat satuan yang lebih kecil yaitu 1 Bell = 10 deci Bell = 10 dB.

Satuan dB.
Satuan deci Bell atau dB merupakan sebuah unit logaritmis yang digunakan untuk mendeskripsikan suatu perbandingan atau rasio. Menggunakan unit logaritmis sebab grafik logaritma terhadap basis angka yang berbeda selalu melewati titik (1,0) seperti pada Gambar 2.

 Gambar 2. Sifat Logaritma, semua operator Log memotong ordinat x,y di (1,0)

Perbandingan atau Rasio tersebut dapat berupa daya (power), kuat tekan suara (sound pressure), tegangan (voltage), intensitas (intencity), atau boleh juga hal-hal lainnya yang dapat dilakukan dengan menggunakan perbandingan.

Dasar Rumus perhitungannya adalah:
Apabila daya yang dihasilkan adalah P1, setelah melewati sebuah proses daya tersebut menjadi P2, maka Rasio yang terjadi adalah R.
R = Log (P2/P1) Bell atau
R = 10 Log (P2/P1) dB

Daya P = I(Arus) x E(Tegangan)
Arus I = E/R(Hambatan)
Jadi bila dilakukan substitusi akan dihasilkan
R = 20 Log (E2/E1) + 10 Log (R1/R2) dB
Untuk membuat mudah R1 = R2, maka
R = 20 Log (E2/E1) dB + 10 Log 1 dB
R = 20 Log (E2/E1) dB + 0 dB
R = 20 Log (E2/E1) dB.

Satuan dBm.
Satuan Ukur pada perangkat Wireless LAN umumnya menggunakan dBm. Satuan dBm kadang juga ditulis lengkap dBmw merupakan bagian dari satuan Ratio dB yang digunakan untuk melakukan pengukuran terhadap daya 1 miliWatt. Satuan ini digunakan pada gelombang radio, microwave dan jaringan fiber optik.

 Gambar 3. Pengukuran Signal Wifi dengan satuan dBm. 

 Gambar 4. Alat Ukur Fiber Optik dengan satuan dBm.

0 dBm di-definisi-kan sebagai power efektip yang di-dissipasi-kan oleh hambatan murni sebesar 600 Ohm dari sumber 0 dBu.
Bila 0 dBu = 0,775 Vrms, maka 0dBm = 1 mW

 Gambar 5. Definisi 0 dBm = 1 mW

Contoh.
Sebuah perangkat Wifi memiliki Power Tx maximum = 20 dBm
20 = 10 Log (P2/P1) = 10 Log (P2/1mW)
(Harap selalu di-ingat tentang konsep Ratio)
P2 adalah Power Wifi
P1 adalah standar dBm yaitu 1 mW
Atau
10 Log (P2/1 mW) = 20
Log (P2/1) = 20/10
Log P2 - Log 1 = 2
Log P2 = 2 + 0
Log P2 = 2

P2 =100. 

Jadi Wifi dengan Power Tx maksimum 20 dBm = 100 mW.