Konsep Dasar Antena. Definisi Antena. Antena = Alat pelepas dan penerima gelombang energi elektromagnetik

Modul 2 Konsep Dasar Antena • Konsep Antena sbg Sumber Titik

Modul#2

• Teorema Resiprositas Carson

TTG3D3 Antena dan Propagasi

• Teorema daya dan intensitas radio • Karakteristik antena pemancar

Konsep Dasar Antena

• Konsep Apertur Antena • Rumus transmisi Friis • Polarisasi • Temperatur antena

Oleh : Nachwan Mufti Adriansyah, ST, MT

Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA

• Kesimpulan modul 2

1

Definisi Antena Webster ‘s dictionary: “a usually metallic device (as rod or wire) for radiating or receiving radio waves” IEEE Std 145-1983: “a means for radiating or receiving radio waves”

Pendahuluan

Antena = Alat pelepas dan penerima gelombang energi elektromagnetik

-Definisi

antena -Konsep antena sbg sumber titik -Teorema resiprositas Carson


3


4

Konsep Antena sbg Sumber Titik

z

Sumber titik adalah titik potong semua rapat daya di tempat jauh Untuk mengetahui distribusi medan/daya di tempat jauh, maka dilakukan pengukuran pada pada jarak R konstan. Sumber titik berlaku untuk medan jauh, dengan persyaratan : R>>λ, R>>d, dan R>>b

Syarat antena sebagai sumber titik

Pr r.dθ y O dS = r 2 sin θ.dθ.dφ

x r sin θ.dφ

Antena m em enuhi volum e dengan jari-jari b

Definisi sumber titik,

1. Konsep sumber titik: untuk analisis daya terima pada medan jauh (tempat yang jauh) 2. Antena dianggap sebagai sumber titik karena dimensi antena << jarak antena pengirim dengan titik observasi di medan jauh

Medan jauh transversal (Medan magnet ⊥ medan magnet) Rapat daya P (arus daya) yang menembus bidang bola observasi mengarah radial keluar semuanya Dengan ekstrapolasi, semua rapat daya berasal dari volume yang sangat kecil atau titik O, tidak bergantung pada dimensi fisik antena

Pengukuran, Pengukuran medan dan rapat daya, pengukuran pada bola dengan R konstan, dengan titik pusat bola observasi berimpit pada “sumber titik “, dapat dilakukan pada satu titik ukur, tetapi antenanya yang diputar satu lingkaran penuh Untuk polarisasi eliptik, perlu diukur komponennya (amplitudo dan fasa). Pengukuran fasa perlu M berimpit O, untuk menghindari beda fasa relatif.

M O

b R

(a) sumber titik berimpit dengan pusat bola M

O M

b

d

R

(b) sumber titik berjarak terhadap pusat bola M

5

6



Teorema Daya dan Intensitas Radio Konsep Daya Antena Isotropis

z

Teorema Daya dan Intensitas Radio

Pr r.dθ y

O x r sin θ.dφ

• Antena isotropis hanya ada secara hipothetical (teoritis)

• Pada dasarnya semua antena tidak ada yang memiliki pancaran sama dS = r 2 sin θ.dθ.dφ kesegala arah (unisotropic)

Asumsi dasar

• Antena, sumber dianggap titik dan ditempatkan di O • Pr radial keluar pada setiap titik bola • Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA

7

8

Pr ⊥dS atau Pr // dS Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA

Teorema Daya dan Intensitas Radio…

Teorema Daya dan Intensitas Radio…

Jika medium antar antena (bola): tidak meredam, tidak menyerap daya, berdasarkan hukum kekekalan energi, maka :

Jika O sumber isotropis, maka Pr (rapat daya) akan konstan untuk r konstan

Daya yang dipancarkan sumber = Daya total yang menembus bola Sehingga,

∫

W

π 2π

P r idS

Wi = ∫ Pr .dS = ∫ ∫ Pr .r 2 .sin θ.dθ.dφ = 4πr 2 .Pr

S

S

z

π 2π

Maka,

W = ∫ Pr .dS = ∫ ∫ Pr .dS S

0 0

Pr r.dθ

dimana, Pr = rapat daya pada bola dS = elemen luas = r2.sinθ.dθ.dφ W = daya yang dipancarkan antena x

O

W 4π r 2

rapat daya berbanding terbalik dengan r2

dS = r 2 sin θ.dθ.dφ


Intensitas Radiasi

10


Intensitas Radiasi …

Definisi: Intensitas Radiasi = daya per satuan sudut ruang

U = Pr .r 2 = W

Pr =

y

r sin θ.dφ

9

0 0

Dari tinjauan Intensitas Radiasi π 2π

π 2π

0 0

0 0

Dari tinjauan Rapat Daya π 2π

Wi = ∫ ∫ U . sinθ .dθ .dϕ =∫ ∫ U . d Ω Wi = ∫ Pr .dS = ∫ ∫ Pr .r 2 .sinθ .dθ .dϕ

4π

S

0 0

π 2π

W = ∫ Pr .dS = ∫ ∫ Pr .dS S

Dari ekspresi diatas, dapat disimpulkan bahwa…

0 0

Daya yang dipancarkan antena isotropik (sumber titik):

W Pr = 4π r 2 π 2π

= integrasi intensitas radiasi untuk seluruh sudut ruang 4π = integrasi rapat daya utk seluruh luas kulit bola π 2π

W = ∫ ∫ U. sin θ.dθ.dφ =∫ ∫ U. dΩ 0 0

0 0

dimana, dΩ = sinθ.dθ.dφ 11


Untuk ISOTROPIS 1 rad2 = 57,3o x 57,3o = 3283,3 deg2 4π πrad2 = 4π π x 57,3o x 57,3o = 41253 deg2

Antena Sembarang 12

: W = 4π π.Uo [ Uo dalam Watt / radian2 ] : W = 41253.Uo [ Uo dalam Watt / deg2 ] : Uo = U rata2 ( time average )


Teorema Resiprositas Carson Membuktikan: Karakteristik antena sebagai pemancar juga berlaku pada antena sebagai penerima.

Karakteristik Antena

Karakteristik antena pemancar = Karakteristik antena penerima (b)

(a) VA

Asumsi dasar

IB

IA

∼

Jika, transmisi energi antara antena A dan B yang melalui medium homogen, isotropis, linear, dan pasif, dapat dimodelkan sebagai Rangkaian-T

∼

VB

I1

Antena A dan B sama, fungsinya dipertukarkan sebagai pengirim dan penerima. Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA

13

Dari gambar (a) : I1 = IB =

VA [Z1 + ( Z2 // Z3 )] I1.Z3 Z1 + Z2

=

VA Z3 ( Z1Z2 + Z2 Z3 + Z3 Z1 )

Dari gambar (b) : I2 = IA =

VB [Z1 + ( Z2 // Z3 )] I2 .Z3 Z1 + Z2

=

VB Z3 ( Z1Z2 + Z2 Z3 + Z3 Z1 )

Jadi jika VA = VB , maka IA = IB !! 15

VA

∼

Z2

IB

IA

Z2 Z3

Z3

ZV

Z1

ZI

∼ VB

ZI


Karakteristik Antena Pemancar

Bukti Teorema Carson ZV = ZA sebagai syarat, misalkan ZV = ZA = 0

14

I2 Z1

1. Diagram arah

Teorema Carson menyatakan bahwa,

2. Diagram fasa

Untuk medium transmisi yang homogen dan isotropis, “Jika suatu tegangan dipasangkan pada terminal suatu antena A, maka arus yang sama ( amplitudo dan fasa ) akan diperoleh pada terminal A seandainya tegangan yang sama dipasangkan pada terminal B “ Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA

3. Direktifitas

Dapat dianalisis secara teoritik

4. Gain

Karakteristik antena :

5. Lebar berkas

⊕ 6. Impedansi antena 7. Bandwidth (lebarpita) 8. Temperatur antena

Pada umumnya diukur

9. Polarisasi antena 16


Diagram Arah …

Karakteristik #1: Diagram Arah Diagram arah menunjukkan karakteristik pancaran antena ke berbagai arah (pattern), pada r konstan, jauh, sebagai fungsi θ dan φ

Diagram arah sebenarnya 3 dimensi, tetapi biasa digambarkan sebagai 2 dimensi, yaitu 2 penampangnya saja yang saling tegaklurus berpotongan pada poros mainlobe Em φ = 0

θ= 0

Um Eθ

θ= 0 1

U

Menurut besaran

-3 dB

B

Diagram arah Medan (listrik, magnet) Diagram arah Daya ( P, U ) Diagram arah Fasa

Macam-macam diagram arah

θ=0 0 dB

Diagram arah absolut

Menurut skala

Diagram arah normal

Diagram arah relatif

Berbagai istilah dalam diagram arah Main lobe = major lobe, lobe utama ; daerah pancaran terbesar Side lobe = minor lobe, lobe sisi ; daerah pancaran sampingan Back lobe = lobe belakang ; daerah pancaran belakang BEAMWIDTH = Lebar berkas ; Sudut yang dibatasi ½ daya atau 3 dB atau 0,701 medan maksimum pada Mainlobe FBR = Front to Back Ratio = Main lobe / Back lobe

Diagram arah absolut (dalam besarannya) Diagram arah relatif ( terhadap refrensi ) Diagram arah normal (referensi max = 1 = 0 dB) Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA

Modul 2 KONSE P

17

Diagram Arah …

18

Karakteristik #2: Diagram Fasa Seperti juga pada diagram arah, dapat diambil penampang diagram fasa 3-dimensi , ataupun plot linearnya Untuk bentuk periodik dengan frekuensi tertentu, medan jauh diketahui selengkapnya jika diketahui : • Amplitudo Eθ sebagai fungsi dari r, θ, φ • Amplitudo Hφ sebagai fungsi dari r, θ, φ • Beda fasa δ antara Eθ dan Hφ sebagai fungsi dari θ, φ, dengan r konstan • Beda fasa η antara Eθ dan Hφ terhadap harganya pada titik referensi, sebagai fungsi dari θ, φ, dengan r konstan

b. Plot linear pola daya radiasi

a. Lobe-lobe radiasi antena (pola pancar 3 dimensi) Analysis and Design”, 19 Sumber : Balanis, A Constantin,” Antenna Theory, Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA Harper & Row Publisher, 1982 (halaman 21

20


Contoh …

Karakteristik #3: Direktifitas

Penghitungan direktivitas dengan cara eksak

Diketahui, suatu antena memiliki Pers. diagram arah…

Merepresentasikan ‘pengarahan’ antena, semakin besar direktivitas dapat diartikan bahwa lebar berkasnya semakin sempit

Um.cos θ 0

U=

Definisi:

; 0 ≤ θ ≤ π/2 & 0 ≤ φ ≤ 2π ; θ, φ lainnya

Maka,

Um IntensitasRadiasiMaksimum D≡ = Uo IntensitasRadiasiRata − rata

π

W =

2

Um 4π Pm Em D≡ x = = Uo 4π Po Eo2

22π

∫ ∫ Um.cosθ sin θ.dθ.dφ 0 0 π 2

Uo

2π

0


Karakteristik #4: Gain K-4

21

22

Wo

0

W = 4π .U 0

]

D=


W Um = π = 4 =10log4= 14 dB U0 W 4π

Kadang-kadang Gain dan Direktivitas dinyatakan untuk arah tertentu / fungsi dari diagram arah.

G = Wo/Wi

D(θ, φ) =

Um intensitasradiasimakssuatu antena = Umr intensitasradiasimaks antena referensidengandaya input sama

Umr

U D Um

dan

G(θ, φ) =

U G Um

G dan D biasanya dinyatakan dalam dB DdB = 10 log D [dB] dan GdB = 10 log G [dB]

Um

G = D ( dBi )

G = ηeff .D Macam-macam referensi : 23

[

∫ ∫ U .cosθ sinθ .dθ .dϕ ⇒ W = 4π .U

Gain …

Definisi: G≡

0

2 2π

0 0

π Um 2π cos2 θ 0 2 [φ]0 2 W = π .Um

=−

Diagram arah daya / intensitas radiasi antena isotropis

Wi

π

W =

W = − ∫ Um. cos θ d(cos θ) ∫ dφ

Diagram arah daya / intensitas radiasi antena yg ditinjau

Jika daya yg sama, W dimasukkan ke antena isotropis…

Isotropis, ηeff = 100% dipole ½ λ Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA horn, dll

G = ...( dBd ) G = ...( dBh )

24


0

Karakteristik #5: Lebar Berkas (Beamwidth)

Kaitan Direktivitas Dengan Lebar Berkas Jika fungsi diagram arah intensitas radiasi dinyatakan oleh :

Definisi: • sudut ruang yang mewakili seluruh daya yang dipancarkan, jika intensitas radiasi = intensitas radiasi maksimum • Seolah-olah antena memancar hanya dalam sudut ruang B dengan intensitas radiasi uniform sebesar Um

U = Ua.f(θ θ,φ φ)

Intensitas maksimum …. Um = Ua. f(θ,φ)maks Intensitas rata-rata dinyatakan oleh :

W = 4π × Uo

W = B ×Um

dimana Ua adalah konstanta

1/2

Uo =

θ1/2

D=

φ1/2

(

Um 4π = Uo B

D=

)

W = θ 12 ×φ12 Um

B=

26


Beamwidth

∫∫f (θ, φ).dΩ f (θ, φ)maks

=

∫∫f (θ, φ) f (θ, φ)maks

D=

4π B f(θ θ,φ φ)normal = fungsi normal diagram arah

dΩ


Contoh:

Perhitungan Direktivitas Dengan Cara Pendekatan Lebar Berkas

dengan, W = daya yang dipancarkan dΩ = sinθ.dθ.dφ

Um Ua.f (θ, φ)maks 4π = = Uo ∫∫ f (θ, φ).dΩ ∫∫ f (θ, φ).dΩ f (θ, φ)maks

Beamwidth 25

W ∫∫ Ua.f (θ, φ).dΩ = 4π 4π

atau

B = ∫∫ f (θ, φ)normal.dΩ

Menghitung D dengan cara eksak

U = Um.cos6θ

; 0 ≤ θ ≤ π/2

dan 0 ≤ φ ≤ 2π

A. Fungsi sederhana • Unidirectional • Direktivitas ≥ 10

D= 1/2

4π 4π D= ≈ B θ1/ 2 .φ1/ 2

2 (dua) kasus

θ1/2

θ1

1 φ1/2

1

θ1/2 dan φ1/2 adalah beamwidth menurut 2 bidang ⊥ melalui sumbu mainlobe

θ1 2

2

4

1

Um Ua.f (θ, φ)maks 4π = = Uo ∫∫ f (θ, φ).dΩ ∫∫ f (θ, φ).dΩ f (θ, φ)maks

2

φ

B. Fungsi tidak sederhana Selesaikan dengan cara grafis !!

B= 27

∫∫f (θ, φ).dΩ = ∫∫f (θ, φ) dΩ f (θ, φ)maks

f (θ, φ)maks

dan

D≡


D≡

Um 4π = Uo B

Um 4π = Uo B

Dengan cara eksak, didapatkan D = 14,00 28


Contoh:

Menghitung D dengan pendekatan lebar berkas

U = Um.cos6θ

; 0 ≤ θ ≤ π/2

dan 0 ≤ φ ≤ 2π

Cara grafis untuk menghitung Direktifitas Ketelitian hasil perhitungan ditentukan oleh ketelitian mendapatkan lebar berkas ( B )

½ Um = Um.cos6 θ1/4 θ1

1

1

θ1 2

4

1

2

Jika batas-batas : θ0 ≥ θ ≥ 0

θ1/ 4 = cos−1 6 1 = 27,01o 2

φo θo

0

4π 4π × (57,3o )2 = ≈ 14,3 D= θ1/2 .ϕ1/2 (54,02o )2

φ

f (θ, φ) = F1(φ).f1(θ) + F2(φ).f2(θ) + ………..dst f (θ, φ)maks

Dengan cara eksak, didapatkan D = 14,00

φ0

θ0

0

0

0

0

( konvergen )


Karakteristik #6: Polarisasi

Cara grafis… 4π

• Polarisasi gelombang berkaitan dengan orientasi vektor medan listrik yang dibangkitkan saat pemancaran. • Jika pemasangan antena Rx tidak sesuai dengan polarisasi gelombang, maka ada yang diterima akan lebih kecil ; terjadi “ polarization mismatch “. • Untuk orientasi yang sesuai, maka penerimaan daya akan maksimu ( polarisasi medan = polarisasi antena ). • Jika polarisasi medan membuat sudut ϕ dengan polarisasi antena, maka daya terima akan mengalami penurunan yang dinyatakan dengan PLF ( polarization loss factor )

∑a b ⇒D= B

B = a1b1 + a2b2 + …. dst =

i i

i

dimana

θ0

φ0

a i = ∫ Fi (φ).dφ

dan

bi = ∫ fi (θ).dθ 0

0

Selanjutnya integrasi gambar,

Fi (φ)

f i (θ) sin θ

bi

ai

31

θ0

30


0

φ0

B = ∫ F1 (φ)dφ. ∫ f1 (θ).sin θ.dθ + ∫ F2 (φ)dφ. ∫ f 2 (θ).sin θ.dθ + ......dst

Dari contoh di atas, dapat dilihat bahwa untuk antena unidirectional dan direktivitas > 10, hasil pendekatan lebar berkas mendekati hasil perhitungan secara eksak ! 29

f (θ, φ) sin θ.dθ.dφ f (θ, φ)maks dapat diuraikan sebagai berikut : 0

B= ∫ ∫

θ1/2 = 2 x θ1/4 = 54,02o 2

dan φo ≥ φ ≥ 0, maka :

φ0

0


θ0

ER

Ketelitian hasil ditentukan oleh ketelitian penggambaran Fi(φ) dan fi(θ)sinθ, serta perhitungan luasnya (dalam kertas milimeter)

aA ϕ

Contoh : untuk, ϕ = 60o ϕ = 90o

EReff PLF = ¼ PLF = 0

WR turun 6 dB WR = 0

dimana, ER = vektor medan listrik a A = orientasi antena

PLF = (a ER • a A ) = cos2 ϕ 2

PLF sangat penting untuk komunikasi bergerak khususnya di ruang angkasa. Manfaat lain yang justru positif adalah untuk penggandaan kanal frekuensi 32


Karakteristik #7: Temperatur Antena • Semua benda jika temperaturnya ≠ 0° K, akan merupakan pemancar noise yang spektrumnya sangat lebar, termasuk di kanal frekuensi operasi antena • Temperatur antena ( TA ) adalah temperatur yang mewakili antena karena menerima daya noise. Jika daya noise yang diketahui antena adalah NR, maka :

TA =

NR k.BN

Konsep Aperture Antena

dengan , k = konstanta Boltzman = 1,38.10-23 J/oK BN = Bandwidth noise system

• Temperatur antena dapat dihitung dari beberapa kontribusi :

TA =

1 ΩA

2ππ

∫∫

2ππ

TS (θ, φ).sinθ.dθ.dφ dgn, ΩA =

00

∫∫ G (θ, φ).sinθ.dθ.dφ N

00

ΩA = sudut ruang beam antena GN(θ,ϕ) = pola penguatan normal TS(θ,ϕ) = brigtness temperatur of sources harga TS dari clear sky (zenith) sekitar 3oK ≈ 5oK dari arah horisontal sekitar 100oK - 150oK dari bumi sekitar 290oK - 300oK

33

Sumber noise adalah : matahari, galaxy, atmosfer, man made (busi, dsb )

Konsep Aperture Antena

P E E E A

P

A=W

Wr = P • A = P.A cos α

P HH H

• Antena seolah-olah mempunyai aperture yang luasnya adalah daya tersebut dibagi dengan rapat daya gelombang yang datang pada antena. Dinyatakan :

• Misalkan pada antena corong. Rapat daya pada permukaan corong P (watt/m2), maka daya (Wr) yang berhasil diserap oleh antena adalah:

EE E

Wr


P

(meter persegi)

a. Aperture Efektif, Ae

α = arah orientasi antena terhadap arah vektor rapat daya. Umumnya orientasi antena dibuat sesuai polarisasi gelombang, sehingga terjadi penerimaan maksimum (α’ = 0)

b. Aperture Rugi-Rugi, AL

Aperture antena

• “ Daya yang ditangkap antena berbanding lurus dengan luas aperture-nya”. Dalam praktek, luas tersebut 0,5 – 0,7 luas sebenarnya. Hal ini berhubungan dengan terbaginya daya dari GEM menjadi bagian –bagian yang hilang sebagai panas, dipancarkan kembali, dll. • Sehingga ada beberapa macam aperture : Aperture efektif, aperture rugi-rugi, aperture pengumpul, aperture hambur, dll

35

34

Konsep Aperture Antena….

Konsep aperture antena: antena sebagai luas bidang yang menerima daya dari gelombang radio yang melaluinya

H H H


c. Aperture Hambur, As d. Aperture Pengumpul, Ac e. Aperture Fisis, Ap

36


Model…

V

I=

(R r + R L + R T )2 + (XA + XT )2

I

P

ZA =RA + jXA

ZT

W = I2R

ZT =RT + jXT

W=

V

W V2 R Aperture= = P P (R r + R L + R T )2 + (XA + XT )2

Rangkaian ekivalen

Antena dgn beban

I=

V Z A + ZT

{

ZA = R A + jXA Mewakili aperture hambur, As

Rr = tahanan pancar RL = tahanan rugi ohmic antena RT = tahanan terminal Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA

37

Aperture Efektif, Ae

38


Rr mewakili daya yang diradiasikan kembali ke ruang bebas

WT V2 R T = P P. (R r + R L + R T )2 + (XA + XT )2

{

}

WS V2 R r AS = = P P. (R r + R L + R T )2 + (XA + XT )2

{

}

menuju maksimum • Jika RL = 0 ( antena lossless ), dan Rr = RT, dan XT = - XA (MATCHED), maka 2 2

* pada orientasi penerimaan maksimum (α = 0 ), matched ( ZT = ZA ), dan tidak ada rugi-rugi ohmic antena ( RL= 0 )

2

Aem =

As' =

2

WT ' V V = = P 4P.R r 4P.R T

efisiensi antena :

α = Ae

Aem

dengan 0≤ α ≤ 1

V V = 4P.R r 4P.R T As’ = apperture hambur matched

Sehingga Asm = 4 x As’ atau Asm = 4 x Aem. Dalam hal ini, misalnya antena dipakai sebagai elemen parasit, seperti pada yagi atau juga sebagai elemen pemantul, seperti pada paraboloidal antena.

• Definisi: EFFECTIVENESS RATIO ( α ) , sering juga disebut sebagai

39

Mewakili aperture efektif, Ae

Mewakili aperture rugi-rugi, AL

Aperture Hambur, As (Scattering Aperture)

RT mewakili daya yang berguna bagi penerimaan

• Ae

}

ZT = R T + jXT RA = Rr + RL

Ae =

V2 R (R r + R L + R T )2 + (XA + XT )2

Daya yang sampai pada penerima akan kurang dari WT, jika saluran transmisi meredam, contoh antena batang pendek biasa memiliki tinggi efektif 70 % dari tinggi sebenarnya.

• Definisi: SCATTERING RATIO, perbandingan hambur

β = As 40

Ae

0≤β≤∞

Aperture rugi-rugi, AL

Aperture rugi-rugi, AC • Apertur pengumpul adalah jumlah Ae, As, dan AL

RL mewakili daya yang hilang sebagai panas

W V2 R L AL = L = P P. (R r + R L + R T )2 + (XA + XT )2

{

41

AC =

}

42


Aperture Fisis, Ap

V2 (R r + R L + R T ) P. (R r + R L + R T )2 + (XA + XT )2

{


Aperture Fisis, Ap Bermacam-Macam Nilai Aperture Untuk Keadaan Khusus R L = 0 dan XA = −XT

Apertur Fisis (Ap) merupakan luas maksimum tampak depan antena dari arah rapat daya • Untuk antena dengan pemantul atau berupa celah, luas aperture fisis ini sangat menentukan, tapi untuk beberapa antena lainnya tidak berarti samasekali

4

P Ap

Ap =

P

L

πD 2 4

d

perbandingan antara apertur efektif maksimum dengan apertur fisis


Rr

πd 2 Ap = 4

RT

Ae/Aem

1

Ac

Ap = Ld

1

P

• Definisi: ABSORBTION RATIO :

43

}

γ=

Aem Ap

2

3

0≤γ ≤∞ 44


4 RT/Rr

Aperture Fisis, Ap

Aperture Fisis, Ap B. Antena Dipole 1/2 λ

A. Antena Dipole Pendek 0,119λ2

V = E.L

Rr =

80π2L2 λ2

λ

E2 E2 P= = η0 (120π)

y

2πy λ 2πy dV = E.dy = E0 .dy. cos λ λ/ 4 2πy Eλ V = ∫ dV = 2 ∫ E0 cos dy = 0 λ π 0 I = I0 . cos

Aem =

V2 V2 = 4P.R r 4P.R T

Rr = 73 ohm

Aem =

120.π.E2 .L2λ2 3λ2 = 0,119λ 2 = 320.E2 .L2 8π

λ/4

-λ/4

dy

+λ/4

RT

Aem =

V2 V2 = = 0,13λ 2 4P.R r 4P.R T

atau

Jadi Aem untuk antena dipole pendek ( L < 0,λ ), besarnya adalah tetap 0,119λ λ2, tidak tergantung kepada panjangnya

λ/2

Dalam hal ini Aem >> Ap, atau γ besar. Jika antena dibuat sangat tipis, maka Ap sangat kecil tetap Aem tetap (γ ∞) Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA

45

Hubungan Apertur Dengan Direktivitas

DX =

D1 Aem1 = D2 Aem2

G1 D1ηeff1 ηeff1 × Aem1 Ae1 = = = G2 D2ηeff 2 ηeff 2 × Aem2 Ae2

ηeff = α = EFECTIVENESS RATIO • Untuk antena isotropis, D = 1 , maka : Aem isotropis diketahui dengan Aem2 AemX AemISO = = mengambil antena 2 adalah dipole D2 DX pendek, 3 Sehingga, Aem2 = λ2 dan D2 = 3/2 = 8π 4π 1,5 D = Aem

λ2

4π AemX λ2

Rumus di atas cukup penting untuk menghitung direktivitas antena jika aperturnya diketahui !!

• Jika tidak MATCHED sempurna,

X


Hubungan Apertur Dengan Direktivitas

• Hubungan apertur dengan direktivitas adalah berbanding lurus, dinyatakan :

G = ηeff. D

46

Antena Isotropis Dipole pendek Dipole λ/2

Aem 3λ2/(8π) = 0,119λ2

D 1 1,5

D (dB) 0 1,76

30λ2/(73π) = 0,79λ2

1,64

2,14

λ2/(4π) π = 0,79λ λ2

X


47


48

Rumus Transmisi Friis Menghitung transfer daya dari Tx ke Rx Rx

Tx

Rumus Transmisi Friis

Isotropis • Asumsi / syarat : 2 a. Jarak Tx-Rx cukup jauh (pada medan jauh) ;r ≥ 2L λ b. Medium tidak meredam c. Tak ada multipath dari refleksi

Redaman lintasan propagasi

• Rapat daya pada penerima Rx, ( Pr ) :

Pr = WT

4πr

WR = Pr .AeR = AeR

2

dimana, WT = daya pancar pengirim Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA

49

Rumus Transmisi Friis…

50

WR = Pr .AeR = AeR Sehingga,

WR AeR .DT = WT 4πr 2

WR = DT .WT

4πr 2

DT =

4πr 2

AeR = aperture efektif antena penerima WR = daya yang diterima Rx


Rumus Transmisi Friis W  Lp = 10log T   WR 

• Jika Tx memiliki direktivitas DT, maka :

WT

WT

4π AeT λ2

AeR

dB

2  λ2 .r 2   denga AeT = AeR = λ ( = 10log 4π isotropis  AeT .AeR  n 2 2   4π  )  4πr  2 2 = 10log  = 10log  + f + r   λ    c 

4πr 2

WR AeR .AeT = WT λ2r 2

Lp = 32,5 + 20 log fMHz + 20 log rkm • WT

WR

=

Perbandingan transfer daya dari Tx ke Rx untuk

medan jauh, medium tak meredam dan tak ada refleksi • WR

WT

=

Redaman lintasan (path loss) jika pada Tx dan Rx

digunakan antena referensi ( umumnya isotropis ) dan biasa dinyatakan dalam dB, 51


Lp = 92,45 + 20 log fGHz + 20 log rkm • Redaman lintasan atau pathloss disebut juga dengan redaman ruang bebas / FSL (free space loss), terjadi bukan karena penyerapan daya tetapi karena penyebaran daya • Jika terjadi multipath, Lp berubah menjadi harga efektif, (Lp – 6 dB) ≤ Lpeff ≤ ∞ • Penurunan –6 dB ini dapat terjadi jika ada dual path yang merupakan interferensi saling menguatkan secara sempurna (kuat medan di Rx dua kali single path) 52


The End


53

Konsep Dasar Antena. Definisi Antena. Antena = Alat pelepas dan penerima gelombang energi elektromagnetik

Recommend Documents