X.
ANTENA
X.1 PENDAHULUAN Dalam hubungan radio, baik pada pemancar maupun pada penerima selalu dijumpai antena. Antena adalah suatu sistem / struktur transisi antara gelombang yang dibimbing ( guided wave ) dan gelombang bebas (freespace wave ). Gelombang yang dibimbing adalah gelombang yang merambat dalam saluran fisis seperti : koaksial, wave guide, serat optik. Fungsi antena pada pemancar adalah untuk meradiasikan gelombangnya ke udara bebas. Agar seluruh daya dapat diradiasikan ke udara bebas , maka persyaratan yang harus dipenuhi: Saluran transmisi harus melihat antena sebagai suatu beban yang “match” , artinya impedansi input antena harus sama dengan impedansi output saluran Antena merupakan transformator untuk matching antara saluran transmisi dan udara bebas. Berdasar persyaratan tersebut, maka rangkaian ekivalen suatu antena pancar dapat dilihat pada Gbr.X-1.
Z0 : Impedansi karakteristik saluran Z : Impedansi input antena G : Sumber dari daya yang akan dipancarkan Z0
Z Transformator
Gbr.X-1 : Rangkaian ekivalen dari suatu antena pancar. Pada saat menerima, persyaratan yg harus dipenuhi adalah kebalikannya, demikianpun rangkaian ekivalennya adalah kebalikan dari Gbr.X-1, dimana antena adalah sebagai beban yag akan menerima daya, sedang daya yang akan ditransfer ke antena berasal dari ruang bebas.
X-1
X.2 ANTENA SEBAGAI SUATU SUMBER TITIK Bagaimanapun kompleksnya konstruksi suatu antena, suatu antena dapat dianggap sebagai suatu titik. Hal ini disebabkan antena meradiasikan dayanya kesegala arah. Dalam jarak jauh perambatan gelombang elektromaknit tersebut senantiasa punya konfigurasi medan sedemikian rupa sehingga kuat medan listrik E kuat medan maknit H. Sesuai theorema daya, secara matematis arah Poynting Vector P adalah : P=ExH x z E
H 3 3 3
dimana : E = Kuat medan listrik ( Volt/m ) H = Kuat medan maknit ( Amp/m) P = Poynting Vector = arah aliran daya = (Volt/m).(Amp/m)= (Watt /m2)
P
y
Gbr.X-2 : Arah Poynting Vector yang (E dan H)
X.3 GAIN DAN DIRECTIVITY Daya yang diradiasikan oleh suatu antena dapat dinyatakan sebagai : W0 = s
dimana
P.ds = s
P r2 sin d d =
U sin d d ..… X-1
s
: W0 = daya yang diradiasikan (Watt) P = Poynting Vector (Watt /m2) ds = elemen luas dari bidang tertutup U = P r2 = daya yang dipancarkan / satuan sudut ruang. r = radus bola U0 = W0 / 4 = daya pancaran rata-rata dari antena Um = daya pancaran maksimum
Pada umumnya antena tidak mempunyai pancaran yang sama kesegala arah, dalam pemakaian khusus malah diusahakan agar pancaran daya antena hanya ke suatu arah tertentu saja. Sebagai ukuran kebaikan pengarahan pancaran antena dipakai istilah Directivity D dan Gain G.
X-2
DIRECTIVITY / PENGARAHAN ANTENA : Directivity D adalah daya pancaran maksimum dibagi dengan daya pancaran rata-rata, sehingga secara matematis : D = Um / U0 = 4 Um / 4 U0 = 4 Um / W0 ……………….X-2 = 4 Um / {
U sin d d }
s
dimana : D = Um = U0 = W0 = =
directivity antena yang bersangkutan Daya pancaran maksimum dari antena Daya pancaran rata-rata dari antena yg lossless ( =100% ). Daya pancar antena 4 U0
Contoh :Bila suatu antena punya pola radiasi P = Pm cos , maka hitung berapa nilai directivity antena tersebut. Penyelesaian : 2
W0 =
P.ds =
s
s
Pm r2 sin d d =
= - 2 Pm r2 . ½ . cos ]
/2
0
/2
cos ( - d cos ) d 0
= r2 Pm
=
U m
………..X-3
o
Dari persamaan X-2 dan X-3 dapat diperoleh : D = 4 Um / Um = 4 GAIN / PENGUATAN ANTENA : Gain suatu antena adalah perbandingan antara intensitas radiasi maksimum antena tersebut dengan intensitas radiasi maksmimum antena referensi, untuk daya input yang sama. Pada umumnya referensi yang dipakai adalah : Antena dipole ½ . Antena isotropis yakni antena yang radiasinya sama baiknya kesegala arah Secara matematis kondisi diatas dapat dinyatakan sebagai berikut:
X-3
Gain terhadap antena dipole ½ : G = Um / Umdipole | untuk daya input yang sama ……………………. X-4 Gain dipole terhadap antena isotropis : Gd = Umdipole / Uo = d Dd Um dipole = Uo . d Dd
……………………………………… X-5
HUBUNGAN ANTARA GAIN G DAN DIRECTIVITY D : Gain antena jika referensinya adalah dipole, berdasar pers.X-4 dan X-5 : G = Um / Uo . d Dd = D / d Dd G = D | referensi antena dipole ½ dimana :
………………………… X-6
d = efisiensi antena dipole Dd = directivity antena dipole = efisiensi antena yang bersangkutan = pada umumnya < 100%. D = directivity antena yang bersangkutan
Berdasarkan Gbr.X-3a , maka G = 3/1 = 3 x Berdasarkan Gbr.X-3b , maka G = 6/1 = 6 x Definisi lain dari Gain G : Berdasarkan Gbr.X-3a , maka G = 10 log 3 = 4,7 dB Berdasarkan Gbr.X-3b , maka G = 10 log 6 = 7,7 dB
X-4
Um
W0
U0
3
2
1
a
Um
U0
6
5
5
4
4
3
3
2
2
W
1
1 b
Gbr.X-3: Antena dengan arahan berbeda a. Arahan 3 kali lebih besar dari antena isotropis b. Arahan 6 kali lebih besar dari antena isotropis
X-5
