Perhitungan Gain

PERHITUNGAN GAIN
Di Bab-bab depan kompilasi ini beberapa kali ditemui istilah dan bilangan GAIN, dB, dan dBd (ato dBi) - serta beberapa tabulasi dengan rincian bagaimana angka-angka tersebut ditemukan. Karena buat orang awam masalah ini konon agak rumit dan ‘njlimet adanya, dengan merujuk pada pendekatan yang dilakukan para empu per-antena-an macam Bill Orr, W6SAI (SK) dan Lew Mc Coy, W1ICP (SK) di berbagai tulisan mereka, di Bab ini penulis akan mencoba melakukan pendekatan sederhana agar rekans yang awam dengan hal-hal teknikal bisa memahami pengertian dan perhitungan yang menyangkut istilah istilah tersebut . GAIN - seperti yang dipahami dalam kehidupan dan praktek sehari-hari di dunia per-antena-an adalah perolehan kelebihan/keuntungan/nilai plus (sebagai lawan kata istilah LOSS = kekurangan/ kerugian/nilai minus) yang didapat dari pemakaian sebuah antena, dengan membandingkannya dengan antena lain yang digunakan sebagai rujukan atau reference. Kata kuncinya adalah kata membandingkan
tersebut. Untuk mengenang nama Alexander Graham Bel, Gain diukur dengan satuan ukur DECIBEL (= dB), yang merupakan
power ratio atau perbandingan daya antara dua sumber tenaga (sebut saja P1 dan P2), yang dihitung
dengan rumus: dB = 10 log (P1 : P2)

Dari perbandingan daya antara P1 dan P2, atau d.h.i. antara Antena 1 (yang mau dibandingkan) dan
Antena 2 (antena pembanding) tersebut bisa dihitung ratio penguatan (misalnya P2 berapa kali lebih kuat
dari P1, atau sebaliknya) yang secara sederhana (untuk aplikasi sehari-hari) bisa dilihat pada tabel
berikut:



1. Kolom Ratio x menunjukkan Ratio Penguatan yang x kali, seperti pada Gain 3 dB berarti ratio penguatan 2x, 10 dB = 10x, 15 dB = 31.6x dst.
2. Ada korelasi antara angka-angka di row/baris yang sama, misalnya 0 dB = 1x; 10 dB = 10x; 20 dB = 100x; 30 dB = 1.000x dst.; 2 dB = 1.5x; 12 dB = 15.8x; 22 dB = 158x; dst., yang tiap kali pada kolom-kolom ke arah kanan menunjukkan kenaikan 10x.


Para orang pinter dan pendahoeloe kita di dunia perantena-an telah lama bersetuju bahwa RUJUKAN/ reference yang paling pas untuk mengukur atau membandingkan kinerja sebuah antena adalah antena ISOTHROPIC atau antena DIPOLE: Antena Isothropic ‘nggak bakal dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, karena antena yang dianggap/diandaikan bisa memancar MERATA ke SEMUA ARAH(ke atas-bawah, depan-belakang, kiri-kanan) ini hanya ada secara HIPOTETIS atau imajiner saja.Antena Dipole dengan feed point pada ketinggian free space (setidaknya 1/2? dari permukaan tanah)arah pancarannya ke depan dan belakang (bi directional),sehingga dibandingkan dengan antena Isothropic (yang pancarannya merata kesemua arah) - untuk pancaran ke arah depan (dan belakang) Dipole akan menunjukkan Gain (kelebihan) tertentu.Karena yang dirujuk adalah arah pancaran (Directivity) ke depan (Forward) maka biasa disebutkan bahwa Antena Dipole mempunyai Forward Gain sebesar x (sekian) dB terhadap (atau ketimbang) antena Isothropic.Demikianlah, hasil penelitian dan itung-itungan orang pinter menghasilkan angka x = 2.1 dB (atau = angka penguatan sekitar 1,7x), atau biasa dituliskan: GAIN Antena DIPOLE 1/2? = 2.1 dBi (huruf i merujuk kepada antena Isothropic)Karena antena Isothropic susah dibayangin keberadaan/ eksistensi-nya, dalam praktek sehari-hari orang lebih suka membandingkan kinerja Antena (apapun) dengan kinerja sebuah Dipole, sehingga lantas lebih umum dipaké istilah dBd, dimana huruf d merujuk kepada dipole.Dari sinilah lantas dikembangkan kaidah dasar untuk menghitung Gain berjenis antena terhadap antena rujukan (bisa Isotropis, bisa Dipole):

1. Kalau dipaké ANTENA ISOTROPIS sebagai rujukan, tentu saja sebuah Antena Isotropis (kalo’ toh ada) mempunyai Gain 0 dbi, ato ratio pe-nguatan 1 x terhadap antena rujukan.
2. Antena Dipole 1/2? mempunyai Gain 2.1 dBi(lihat cetakan tebal di atas). Kalo’ dipaké ANTENA DIPOLE sebagai rujukan, maka Antena Dipole itu mempunyai Gain 0 dBd, ato ratio penguatan 1 x terhadap antena rujukan.
3. Antena VERTIKAL atau GROUND PLANE 1/4? mempunyai Gain 0.3 dBi; Antena 5/8? mempunyai Gain = 3.3 dBi, atau = 1.2 dBd (= 3.3 - 2.1)
4. Antena LOOP 1? mempunyai Gain 4.1 dBi atau = 2 dBd (= 4.1 - 2.1).
5. Pada sebuah antena (jenis apapun) yang diberi elemen parasitik berupa sebuah DIRECTOR (DIR) atau REFLECTOR (REF) akan didapatkan tambahan Gain sebesar 5 dB.
6. Jika sudah ada sebuah DIRector (DIR-1) maka tambahan Gain pada penambahan DIR berikutnya tambahan DIR-2 menambahkan Gain 2 dB di atas perhitungan sebelumnya, sedangkan dengan penambahan DIR-3 dan DIR-4 masing-masing DIR tambahan hanya menambah Gain 1 dB. Pada penambahan DIR-5 dst. TIDAK lagi didapatkan penambahan Gain yang menyolok/kentara.
7. Jika dipakai REF dan DIR bersama-sama pada sebuah antena maka Gain dari REF yang semula 5 dB (kaidah 5) akan dihitung sebesar 3 dB saja.
8. Untuk mengitung perolehan Gain pada Multi Element Array yang terdiri dari beberapa Dipole yang dirangkai secara collinear (serie) dapat diperkirakan sbb. :
Gain yang didapat dari
2 element collinear = 1.9 dBd atau +/- 2 dBd
3 element collinear = 3.2 dBd atau +/- 3 dBd
4 element collinear = 4.3 dBd atau +/- 4 dBd,
Untuk band HF biasanya rangkaian collinear tidak akan terdiri lebih dari 4 5 elemen, tapi buat sekedar berkhayal-khayal bisa diperkirakan:
5 elemen = +/- 5 dBd, 6 elemen = +/- 6 dBd,10 elemen = +/- 10 dBd dst. (bilangan dB kirakira sama dengan jumlah elemen). Dalam praktek sehari-hari dijumpai banyak faktor yang di luar kontrol pembuat atau perakit antena, sehingga ybs. harus nrimo sikon yang kurang mendukung bagi antena untuk berkinerja optimal, misalnya
lokasi dan luas lahan yang kurang menguntungkan sehingga antena tidak dapat direntang semestinya, ketinggian instalasi yang ‘nanggung, panjang Boom yang karena berbagai sebab tidak bisa dibuat sepanjang yang seharusnya (dengan akibat spacing antar elemen ‘nggak bisa pas sesuai itungan, yang akan mempengaruhi perolehan Forward Gain dan F/B ratio), propagasi yang kurang mendukung dsb. - sehingga
perolehan Gain akan jauh menyimpang dari angka-angka ideal tersebut dalam kaidah di atas. Sekali lagi, perolehan Gain yang disebut dalam kaidah-kaidah diatas adalah HASIL OPTIMAL dari sebuah antena yang dibuat, diinstal dan ditala dengan dan pada KONDISI OPTIMAL pula (!) Untuk antena di band HF kondisi seperti ini kaya’nya hanya bisa didapat lewat simulasi komputer atau lewat pembuatan model yang scaled down (dibuat dalam skala yang diperkecil, mis.: 1 : 10, 1 : 50 dsb.) di Lab atau Antenna Farm yang khusus dikondisikan untuk keperluan studi perbandingan seperti ini,
karena memang harus selalu ada Antena Rujukan sebagai pembanding.Jadi, kalau ada iklan di majalah atau brosur antena yang menyebutkan bilangan dB TANPA menyebutkan antena apa yang dipaké sebagai rujukan, boleh dibilang yang beginian ini cuma sekedar cipoa’ ato kibulkibulan pabrik atau tukang bikin antena doang (!).
Karena alasan inilah, sejak beberapa tahun belakangan majalah QST di Amrik akan MENOLAK pemasangan iklan produk antena kalo’ produsen ato pemasang iklannya tidak mau ato tidak bisa secara jelas mencantumkan besaran Gain dalam satuan dBi atau dBd, yang merujuk terhadap antena apa antena produk- nya dibandingkan ……
Dalam praktek sehari-hari aplikasi kaidah-kaidah di atas dalam menghitung perolehan Gain berjenis antena bisa dilihat pada contoh-contoh di bawah ini:



Mengambil contoh 1 diatas, bisa dibuat pengandaian
sbb.:
1. Operator A dan B di 40m sama-sama bekerja dengan pemancar berdaya 100 Watt,
2. A ‘mancar paké antena Dipole (atau variant-nya,macam Inverted Vee) sedangkan B paké 3 elemen wire-Yagi,
3. Taruhlah kondisi di stasiun A sama dengan di stasiun

B (mis.: antena keduanya sama-sama di-instal dengan ketinggian feedpoint 13 mtr),maka stasiun C yang berada sekitar 1000 KM jaraknya dari A dan B (yang kebetulan satu lokal) akan menerima sinyal B seolah-olah bliao ini paké TX berdaya 630 W (Gain 8 dB = ratio penguatan 6.3x). Pada contoh 2, dengan pengandaian bahwa:

1. Operator A dan B di 15m sama-sama bekerja dengan pemancar berdaya 100 Watt,
2. Operator A yang baru ‘nyobain band ini cukup ‘ngebentang Multiband Dipole yang ada elemen 15m-nya, sedangkan B yang sudah nawaitu mau nge-DX sengaja naikin Cubical Quad 5 elemen, maka nun jauh disana operator C akan terloncat dari kursinya waktu sinyal B masuk, karena sinyal tersebut begitu ‘ngejlegur ditrimanya. Dengan ratio penguatan yang 20x, TX B seolah ditambahin thèklèk ato sepatu ato after burner berdaya sekitar 2 KW !!!