Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Teddy Purnamirza Jurusan T. Elektro UIN Suska Riau (Sebagian besar materi kuliah ini bereferensi ke www.antena-theory.com)

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Teddy Purnamirza Jurusan T. Elektro UIN Suska Riau (Sebagian besar materi kuliah ini bereferensi ke www.antena-theory.com)"— Transcript presentasi:

1 Teddy Purnamirza Jurusan T. Elektro UIN Suska Riau (Sebagian besar materi kuliah ini bereferensi ke

2 Apa itu antena Pasti sudah tahu.. Biasanya kita familiar dengan antena TV, antena radio, antena parabola, antena hp?, dll Antena adalah suatu perangkat yang mengubah sinyal listrik menjadi sinyal gelombang elektromagnetik, sehingga sinyal tersebut dapat disalurkan lewat ruang bebas, atau sebaliknya. Pengirim Penerima

3 Frekuensi Konsep yang sangat penting dalam teori antena Antena mengirim dan menerima gelombang elektromagnetik (GEM) Contoh GEM adalah sinyal yang diterima/dikirim hp, termasuk juga cahaya Mata kita sebenarnya adalah antena yang menerima GEM cahaya pada frekuensi tertentu Frekuensi tertentu ini dilihat oleh mata sebagai warna

4 Frekuensi Semua GEM berpropagasi dengan kecepatan yang sama di udara. Dgn kec km/detik atau ditulis 3 x 10 8 km/detik GEM adalah medan listrik yang bercampur dengan medan magnet yang menjalar di mediaum apa saja, dalam bentuk apapun GEM dasar adalah sinus GEM bervariasi terhadap posisi dan terhadap waktu

5 Frekuensi Gelombang periodik, yang berulang setiap T detik Gelombang periodik, yang berulang setiap meter Frekuensi adalah jumlah siklus gelombang selama 1 detik Hubungan f = 1/T Seberapa cepat orang berjalan ditunjukkan oleh langkah (panjang gelombang) dikalikan laju mereka melangkah (frekuensi), maka ditulis : c= f

6 Frekuensi Karena kecepatan GEM sama pada suatu medium, maka semakin besar frekuensi maka akan semakin kecil panjang gelombang, atau sebaliknya Semua bentuk sinyal, sebenarnya adalah gabungan dari sinyal-sinyal sinus yang memiliki frekuensi yang berbeda-beda.

7 Frekuensi Sinus dengan T=2*pi dan amplituda 0.3

8 Frekuensi Frekuensi sinyal 2 kali sinyal pertama

9 Frekuensi Frekuensi sinyal 3 kali sinyal pertama

10 Frekuensi Frekuensi sinyal 4 kali sinyal pertama

11 Frekuensi Teori ini benar untuk seluruh bentuk sinyal Secara umum, GEM tidak terdiri dari sejumlah frekuensi yang diskrit, tapi lebih berupa jangkauan frekuensi yang kontinyu Jangkauan frekuensi ini disebut juga dengan Pita frekuensi

12 Frekuensi Cek program Matlab berikut: t=0:0.05:6; f=1/3; y1=0.3*sin(2*pi*f*t); y2=0.6*sin(2*pi*(2*f)*t); y3=0.25*sin(2*pi*(3*f)*t); y4=0.3*sin(2*pi*(4*f)*t); z1=y1+y2; z2=z1+y3; z3=z2+y4; plot(t,y1); figure; plot(t,y1);hold on; plot(t,z3,'r') figure; plot(t,y2); hold on; figure; plot(t,z1); hold on; plot(t,z3,'r') figure; plot(t,y3); hold on; figure; plot(t,z2); hold on; plot(t,z3,'r') figure; plot(t,y4); hold on; figure; plot(t,z3,'r')

13 Frekuensi (Latihan) Buatlah program Matlab yang menghasilkan 4 sinyal yang memiliki frekuensi sbb: Sinyal 2 memiliki frekuensi 2 kali frekuensi sinyal 1 Sinyal 3 memiliki frekuensi 3 kali frekuensi sinyal 1 Sinyal 4 memiliki frekuensi 4 kali frekuensi sinyal 1 Amplitudo maks sinyal 1=4 sinyal2=2 sinyal3=3.5 sinyal4=1.25

14 Pita Frekuensi Sinyal yang beroperasi pada frekuensi yang sama, jika bercampur dapat saling mengganggu, baik mengganggu sebagai noise bagi sinyal lainnya atau menjadi sinyal yang saling melemahkan. Hal ini biasanya ini disebut dengan interferensi Itulah mengapa setiap sinyal yang beroperasi pada daerah yang sama mesti memiliki frekuensi yang berbeda Contoh: Seluler HP beroperasi pada MHz, televisi MHz, radio FM MHz Ini disebut dengan spektrum, dan spektrum ini penggunaannya diatur oleh negara Bandwidth (Lebar Pita Frekuensi) suatu sinyal adalah frekuensi dimana energi sinyal berada. Misalnya sinyal yang memiliki energi yang berada pada frekuensi 40 sampai 50 MHz, adalah memiliki bandwidth 10 MHz

15 Pita Frekuensi Frequency Band NameFrequency RangeWavelength (Meters)Application Extremely Low Frequency (ELF) 3-30 Hz10, ,000 kmUnderwater Communication Super Low Frequency (SLF) Hz1,000-10,000 km AC Power (though not a transmitted wave) Ultra Low Frequency (ULF) Hz100-1,000 km Very Low Frequency (VLF)3-30 kHz kmNavigational Beacons Low Frequency (LF) kHz1-10 kmAM Radio Medium Frequency (MF) kHz100-1,000 mAviation and AM Radio High Frequency (HF)3-30 MHz mShortwave Radio Very High Frequency (VHF) MHz1-10 mFM Radio Ultra High Frequency (UHF) MHz cmTelevision, Mobile Phones, GPS Super High Frequency (SHF) 3-30 GHz1-10 cm Satellite Links, Wireless Communication Extremely High Frequency (EHF) GHz1-10 mmAstronomy, Remote Sensing Visible Spectrum THz (4*10^14-7.9*10^14) nm (nanometers) Human Eye

16 Pola Radiasi (Radiation Pattern) Didefenisikan sebagai variasi daya yang dipancarkan oleh antena sebagai fungsi arah Pola radiasi ini diukur pada medan jauh, biasanya diplot dalam desibel (dB)

17 Pola Radiasi (Radiation Pattern) Biasanya digambarkan juga dalam 2 dimensi agar lebih mudah dianalisa Z y x

18 Pola Radiasi (Radiation Pattern) Bentuk lain dari pola radiasi dalam 2 dimensi: Elevation (  ) adalah sudut yang diukur dari sumbu z dan bertambah jika bergerak turun kebawah Azimuth (  ) adalah sudut yang diukur dari sumbu +x dan bertambah jika bergerak berlawanan arah jarum jam

19 Pola Radiasi (Radiation Pattern) Pola radiasi disebut isotropik jika memiliki pola/besar daya yang sama pada semua arah. Antena ini tidak ada dalam kenyataannya Omnidireksional : jika memiliki pola radiasi sama ke segala arah pada suatu bidang tertentu, contohnya gambar pola radiasi yang sebelum ini. Contoh antenna nya adalah dipole dan antena slot Direksional: jika memiliki pola radiasi yang tidak simetri, yaitu memiliki satu puncak pada arah tertentu, artinya sebagian daya sinyal diarah kan pada arah ini, contoh antenanya antena piringan (disk) dan antenna slot waveguide

20 Pola Radiasi (Radiation Pattern) Contoh pola radiasi antena direksional

21 Pola Radiasi (Contoh) fx =inline('cos(theta)^2*sin(theta)*cos(phi)'); fy = inline('cos(theta)^2*sin(theta)*sin(phi)'); fz = inline('cos(theta)^2*cos(theta)'); figure ezmesh(fx,fy,fz,[0 2*pi 0 pi],100) colormap([0 0 0]) axis equal set(gca,'xdir','reverse','ydir','reverse')

22 Pola Radiasi (Contoh) set(0,'defaultfigurecolor','w') N=12; d=.25; th=-pi/2:.01:pi/2; an=th*180/pi; AF1=abs(sin(N*pi*d*sin(th))./(N*(pi*d*sin(th)))); figure;plot(an,AF1,'k') xlabel('\theta') ylabel('Field Pattern') axis([ ]) grid on figure;polar(th,AF1,'k') view(90,-90)

23 Pola Radiasi (Contoh) tend=pi/2; set(0,'defaultfigurecolor','w') fx=inline('abs(sin(3*pi*sin(theta))/(3*pi*sin(theta)))*sin(theta)*cos(phi)'); fy=inline('abs(sin(3*pi*sin(theta))/(3*pi*sin(theta)))*sin(theta)*sin(phi)'); fz=inline('abs(sin(3*pi*sin(theta))/(3*pi*sin(theta)))*cos(theta)'); figure; ezsurf(fx,fy,fz,[pi,-pi,0,tend],100) shading interp colormap(gray) brighten(.5) axis square axis equal axis([ ]) set(gca,'XDir','reverse','YDir','reverse') view(-63,24) camlight(20,-20,'infinite') material dull lighting phong grid off axis off title.

24 Daerah Medan Medan disekitar antena dibagi tiga: Medan dekat reaktif Medan dekat radiasi atau daerah Fresnel Medan jauh atau daerah Fraunhofer Daerah yang paling penting adalah medan jauh Karena antena efeknya dianalisa pada daerah ini Medan Jauh Daerah jauh dari antena Pola radiasi tidak berubah bentuknya terhadap jarak Didominasi oleh medan radiasi Medan E dan H orthogonal satu sama lain Arah propogasi searah dengan bidang gelombang R > 2D 2 / ; R>> D ; R>>

25 Daerah Medan

26 Daerah Medan dekat reaktif Didominasi medan reaktif, artinya medan E dan H berbeda fasa 90 derajat R < 0.62  (D 3 / ) Daerah Medan dekat radiasi Daerah antara medan jauh dan medan dekat reaktif Medan reaktif tidak mendominasi, medan radiasi muncul Pola radiasi dapat berubah terhadap jarak 0.62  (D 3 / ) < R < 2D 2 / Medan ini bisa ada bisa tidak, tergantung dari nilai R dan panjang gelombang

27 Daerah Medan (kesimpulan)

28 Pengarahan (Direktivitas) Mengukur seberapa mengarahkah pola radiasi sebuah antena. Antena yang meradiasi sama segala arah memiliki pengarahan nol dB atau 1 kali Pola radiasi antena ternormalisai dapat ditulis dalam fungsi koordinat spherical F( ,  ) Pola radiasi antena ternormalisasi sama dengan pola radiasi tapi magnitudenya yang terbesar diset menjadi 1 Pengarahan

29 Pengarahan (Direktivitas) Nampaknya rumusnya rumit, tapi ini sangat sederhana sebenarnya Nilai pola radiasi ternormalisasi maksimum Daya rata-rata yang diradiasikan pada seluruh arah

30 Pengarahan (Direktivitas) Contoh: terdapat dua antena, dengan pola radiasi sbb: antena 1 antena 2 Gambarkanlah pola radiasi kedua antena tersebut! Perhatikan bahwa pola radiasi tersebut hanya sebagai fungsi elevasi Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa antena 2 lebih mengarah dibanding antena 1

31 Pengarahan (Direktivitas) Menggunakan rumus pengarah, dapat dihitung nilai pengarahan kedua antena diatas yaitu Antena 1 = 1,273 (1.05 dB) antena 2= (4.32 dB) Semakin tinggi pengarahan maka semakin fokus suatu antena Antena 2 menerima daya kali lebih kuat pada puncak pengarahan antena dibandingkan daya yang diterima oleh antena isotropik. Bagaimana dengan antena 1? Antena hp seharusnya memiliki pengarahan yang rendah, karena sinyal dapat datang dari sembarang arah. Sedangkan antena satelit harusnya memiliki pengarahan yang tinggi, karena menerima sinyal pada arah tertentu. Bagaimana dengan antena TV?

32 Pengarahan (Direktivitas) Tipe antena Typical Directivity Typical Directivity (dB) Short Dipole Antenna Half-Wave Dipole Antenna Patch (Microstrip) Antenna Horn Antenna Dish Antenna10-10, Biasanya antena yang kecil akan memiliki pengarahan yang rendah, jika kita menggunakan antena dengan ukuran , biasanya akan mendapat pengarahan kecil dari 3 dB Kita tidak dapat membuat antena kecil dari 0.25 tanpa mengorbankan efisiensi dan bandwidth antena Sebaliknya, antena dengan ukuran besar (>> ), maka antena ini akan memiliki pengarahan yang tinggi, seperti antena parabola dan antena horn

33 Pengarahan (direktivitas) contoh Tentukan pengarahan untuk antena dengan pola radiasi sebagai berikut: U( ,  ) = E 0 2 sin 2  /2 

34 Efiesiensi Antena Berhubungan dengan daya yang disalurkan oleh antena dan daya yang diradiasikan oleh antena Semakin tinggi efisiensi antena berarti semakin banyak daya yang inputkan ke antena yang diradiasikan oleh antena tersebut Antena dengan efisiensi rendah berarti lebih banyak daya yang diserap oleh antena dan menjadi loss (hilang) dalam antena, atau dipantulkan balik karena impedansi yang tidak match, dibandingkan banyaknya daya yang diradiasikan. Beberapa jenis loss pada antena: Loss konduksi disebabkan konduktivitas antena Loss diaklektrik disebabkan konduktivitas dalam bahan diaklektrik antena

35 Efiesiensi Antena Efisiensi antena ditulis sebagai perbandingan antara daya yang diradiasikan dan daya yang dicatukan ke antena: Efisiensi 50 % berarti daya yang diradiasikan adalah setengah dari daya yang dicatukan ke antena Efisiensi 50 % ditulis juga 0.5 atau -3 dB Efesiensi diatas juga disebut efesiensi radiasi Ada juga istilah efisiensi total yaitu: efesiensi radiasi dikalikan dengan loss missmatch impedansi antena loss missmatch impedansi antena adalah loss yang disebabkan tidak match-nya impedansi antena dengan impedansi perangkat yang terhubung dengan antena

36 Efiesiensi Antena Jika adalah efisiensi total, loss antena karena impedansi mismatch, dan efisiensi radiasi antena maka : biasanya antara 0 dan 1 sehingga efisiensi total selalu lebih kecil dari efisiensi radiasi efisiensi bisa mendekati 100% untuk antena piringan (dish), antena horn, dan dipole setengah lamda jika tidak benda- benda lossy disekitar nya Antena HP, antena WiFi biasanya memiliki efisiensi 20-70% Loss biasanya disebabkan elektroniks dan materi disekitar antena yang cendrung menyerap daya yang diradiasikan oleh antena dan mengubahnya menjadi panas, dan mengurangi efisiensi antena Antena radio mobil, efesiensinya sangat rendah yaitu 1 %, karena antena ini lebih kecil dari setengah lamda Antena ini tetap digunakan karena stasiun AM memancarkan daya yang tinggi

37 Penguatan (Gain) Antena Gain adalah seberapa banyak daya ditransmisikan pada arah puncak radiasi dibandingkan dengan sumber isotropik Istilah gain lebih sering dipakai dalam hal praktis dibandingkan pengarahan Gain 3 dB berarti daya yang diterima oleh antena adalah 3 dB (dua kali lipat) lebih tinggi dibandingkan daya yang diterima oleh sebuah antena isotropik Gain sering juga sebagai fungsi sudut arah, tetapi jika tidak diketahui sudut arahnya, itu artinya gain pada arah puncak radiasi.

38 Penguatan (Gain) Antena Jika G adalah Gain, maka: Gain antena bisa mencapai dB untuk antena parabola (disc), bisa juga serendah 1,76 dB, tapi secara teori tidak pernah lebih kecil dari 0 dB. Tetapi gain antena bisa sangat kecil dikarenakan loss yang tinggi dan efesiensi yang rendah, bisa sampai sebesar -10 dB

39 Lebar Pancaran (beamwidth) Misalnya sebuah antena memiliki pola radiasi Gambarnya berbentuk sbb:

40 Lebar Pancaran (beamwidth) Pancaran utama (main beam) adalah daerah disekitar arah radiasi maksimum (daerah diantara puncak radiasi dan 3 dB). Disebut juga main lobe. Mainlobe pada gambar berpusat di 90 0 Pancaran sisi (sidelobe) adalah pancaran yang lebih kecil dari pancaran utama. Biasanya pancaran sisi ini mengarah kearah yang tidak diinginkan, dan tidak pernah bisa dihilangkan, yang bisa adalah diminimumkan. Side loba gambar adalah 45 0 dan Lebar pancaran setengah daya (Half Power beamwidth) adalah jarak sudut dimana magnitude dari pola radiasi berkurang 50% (-3dB) dari puncak pancaran utama. Pada gambar pola berkurang -3dB pada 77.7 dan derajat, sehingga HPBW adalah = 24.6 derajat

41 Lebar Pancaran (beamwidth) Null to Null beamwidth (lebar pancaran nol ke nol) adalah jarak sudut dimana magnitude dari pola radiasi berkurang sampai nol. Pada gambar, pola berkurang sampai nol adalah pada 60 dan 120 derajat, sehingga NNBW adalah =60 Level pancaran sisi (sidelobe) digunakan untuk menentukan karakteristik pola radiasi. Level Sidelobe adalah nilai maksimum dari sidelobe, yang pada gambar adalah dB

42 Impedansi Antena Impedansi antena adalah hubungan antara tegangan dan arus pada input antena Inpedansi 50 ohm berarti jika ada teganan sinus 1 volt pada input antena, arus akan memiliki amplituda 1/50=0.02 amper. Karena impedansi real maka arus dan tegangan akan satu fasa Jika impedansi Z= 50+j*50 ohm, magnitude impedansi adalah dan fasa ini artinya arus akan tertinggal 45 0 dari tegangan

43 Impedansi Antena Jika ada tegangan (dgn frekuensi f) pada input antena maka arus akan : Jadi konsep impedansi sederhana saja, yaitu nilai yang menghubungkan tegangan dan arus Nilai real dari impedansi merepsentasikan daya yang diradiasikan oleh antena keluar atau daya yang diserap oleh antena. Nilai imajiner memrepresentasikan daya yang disimpan pada medan dekat Antena dengan nilai real saja (imaginer=0), disebut resonant Impedansi antena akan berubah terhadap frekuensi

44 Impedansi Antena Frekuensi rendah Jika kita menggunakan frekuensi rendah, saluran transmisi dari transmiter atau receiver ke antena adalah “pendek” “Pendek” dalam istilah antena adalah “relatif terhadap panjang gelombang” Pada frekuensi 60 Hz, panjang gel 3100mil, sehingga saluran transmisi bisa dikatakan pendek bahkan diabaikan Akan tetapi, pada frekuensi 2 GHz, panjang gel 15 cm, sehingga sedikit penambahan panjang saluran transmisi pada antena akan dianggap sebagai “panjang” Biasanya panjang saluran yang lebih kecil dari 10 kali panjang gelombang, dinyatakan sebagai saluran pendek

45 Impedansi Antena Jika sebuah antena dihubungkan dengan sumber tegangan, dimana ZA adalah impedansi antena dan ZS adalah impedansi sumber. Rangkaian ekivalen adalah sbb: Daya yang dialirkan ke antena dapat dihitung pakai konsep teori rangkaian dimana P=I x V

46 Impedansi Antena Dari persamaan tersebut, dapat diketahui bahwa jika ZA sangat kecil dibanding ZS, maka tidak ada daya yang masuk ke antena, begitu juga jika ZA sangat besar dibanding ZS, maka tidak ada daya yang masuk ke antena Untuk mendapatkan transfer daya maksimum dari sumber ke antena, maka nilai ideal untuk impedansi antena adalah ZA=ZS* Tanda * menyatakan konyugat kompleks, jadi jika ZS=30+j*30, maka untuk mendapatkan transfer daya maksimum ZA=30-j*30 Biasanya impedansi sumber adalah real, sehingga diperlukan ZA=ZS Impedansi adalah salah satu parameter penting dalam disain antena

47 Impedansi Antena Frekuensi tinggi Pada frekuensi rendah, panjang saluran transmisi tidak menjadi masalah Pada frekuensi tinggi, ketika panjang saluran transmisi adalah beberapa kali panjang gelombang, teori rangkaian listrik sudah tidak berlaku. Sebagai contoh: short-circuit akan memiliki impedansi nol, tapi pada frekuensi tinggi sebuah short-circuit pada jarak ¼*lamda akan memiliki nilai impedansi tidak hingga Impedansi antena harus match dengan impedansi saluran transmisi dalam rangka transfer daya maksimum

48 Impedansi Antena Impedansi akan diukur pada ujung saluran transmisi (dengan impedansi karakteristik Zo dan panjang L). Ujung saluran transmisi disambung pada antena dgn impedansi ZA seperti gambar Berdasarkan teori saluran transmisi, impedansi input Zin adalah

49 Impedansi Antena Terlihat bahwa Zin adalah fungsi jarak L sehingga analisa menjadi sulit Tetapi ada kemudahan, yaitu jika sebuah antena match dengan saluran transmisi (ZA=Zo), maka impedansi input tidak tergantung dari jarak L Jika antena tidak match, maka impedansi input akan bervariasi terhadap jarak L, dan jika impedansi input tidak match dengan impedansi sumber, maka daya akan banyak yang dipantulkan balik ke sumber, sehingga daya tidak banyak yang ditransfer sampai ke antena Loss seperti ini disebut ketidaksesuaian impedansi (impedance mismatch)

50 Impedansi Antena Parameter yang biasa digunakan untuk menggambarkan seberapa match antena terhadap saluran transmisi atau sumber adalah VSWR (voltage standing wave ratio) VSWR selalu > 1, nilai 1 mengindikasikan tidak ada mismatch loss (antena secara sempurna match dengan saluran transmisi), semakin tinggi VSWR maka akan semakin tinggi mismatch loss VSWR = 3 berarti 75% daya tersalur keantena (1.25 dB mismatch loss), VSWR=7 berarti 44% daya tersalur keantena (3.5 dB mismatch loss) Day a yg dipantulkan oleh antena pada saluran transmisi akan bercampur dengan daya yang menuju antena, ini menghasilkan gelombang tegangan berdiri (voltage standing wave) yang nilainya diukur oleh parameter VSWR

51 Lebar Pita (bandwidht) Antena Menggambarkan jangkauan frekuensi pada mana atena dapat secara baik meradiasikan atau menerima sinyal Biasanya bandwidth ditentukan dari VSWR. Sebagai contoh, sebuah antena dikatakan beroperasi pada frekuensi MHz dengan VSWR<1.5 Pernyataan diatas berdampak bahwa koefesien pantulan adalah kurang dari 0.2 disepanjang jangkauan frekuensi. Karenanya, hanya 4% daya yang dipantulkan ke sumber. Alternatif return loss (loss membalik) = S11= 20*log10(0.2)= dB

52 Lebar Pita (bandwidht) Antena ini bukan berarti 96% daya yang dikirim ke antena dapat seluruhnya diradiasikan dalam bentuk GEM, tetapi juga tergantung dari loss Pola radiasi juga bervariasi terhadap frekuensi, namun tidak terlalu Kriteria lain dalam menentukan bandwidth adalah polarisasi dalam suatu jangkuan frekuensi Sebuah antena dapat dinyatakan memiliki polarisasi circular dengan axial ratio (rasio sumbu) < 3dB dari GHz.

53 Polarisasi Gelombang Sebuah GEM bidang (plane GEM) dinyatakan merambat kearah tertentu (dimana tidak ada variasi medan pada dua arah orthogonal lainnya) Pada kasus ini, medan listrik dan medan magnet tegak lurus satu sama lainnya dan terhadap arah rambatnya Sebagai contoh: Medan E mengarah ke +x, dan medan H ke arah +y, kedua medan tersebut merambat ke arah +z

54 Polarisasi Gelombang Polarisasi adalah arah medan E selama propagasi Misalnya medan E pada (x,y,z)=(0,0,0) sebagai fungsi waktu untuk gelombang bidang pada persamaan sebelumnya. Amplituda diplot pada gambar berikut:

55 Polarisasi Gelombang Terlihat E berosilasi magnitudenya dalam arah-x, karena medan E membentuk garis tunggal, maka medannya disebut terpolarisasi linear. Jika x sejajar dengan bumi, maka disebut terpolarisasi horizontal (h-pole) Jika tegak lurus dengan bumi, maka disebut terpolarisasi vertikal (v-pole) Persamaan berikut medan E memiliki komponen x dan y Yang berikut adalah juga polarisasi linear seperti gambar disamping

56 Polarisasi Gelombang Polarisasi circular adalah medan E berubah-ubah membentuk lingkaran Misalnya persamaan medan Komponen x dan y berbeda fasa 90 derajat Jika medan diamat pada (x,y,z)=(0,0,0) maka plot E terhadap waktu sbb: Kriteria polarisasi circular Medan E harus memiliki 2 komponen saling tegak lurus kedua komponen harus punya magnitude yang sama Kedua komponen harus beda 90 derajat

57 Polarisasi Gelombang Jika medan pada gambar berubah berlawanan jarum jam maka disebut dengan Right Hand Circularly Polarized (RHCP) dan jika searah jarum jam maka disebut Left Hand Circularly Polarized (LHCP) Polarisasi Elip memiliki dua komponen yang saling tegak lurus yang berbeda fasa 90 derajat, tapi tidak memiliki amplituda yang sama, misalnya

58 Polarisasi Gelombang Polarisasi elip ditentukan oleh eccentricity, yg didefenisikan sebagai rasio amplituda sumbu mayor terhadap sumbu minor, dalam persamaan sebelumnya didapat 1/0.3 = 3.33 Polarisasi elip juga ditentukan oleh arah sumbu mayor, pada kasus diatas adalah sumbu x Polarisasi circular dan linear adalah kasus khusus dari polarisasi elip, dimana jika eccentricity =1 maka membentuk polarisasi circular, dan jika eccentricity tidak hingga maka membentuk polarisasi linear

59 Polarisasi Gelombang Polarisasi elip ditentukan oleh eccentricity, yg didefenisikan sebagai rasio amplituda sumbu mayor terhadap sumbu minor, dalam persamaan sebelumnya didapat 1/0.3 = 3.33 Polarisasi elip juga ditentukan oleh arah sumbu mayor, pada kasus diatas adalah sumbu x Polarisasi circular dan linear adalah kasus khusus dari polarisasi elip, dimana jika eccentricity =1 maka membentuk polarisasi circular, dan jika eccentricity tidak hingga maka membentuk polarisasi linear

60 Polarisasi Antena Adalah polarisasi dari medan yang diradiasikan oleh antena, yang dilihat pada medan jauh Antena terpolarisasi horizontal tidak dapat berkomunikasi dengan antena terpolarisasi vertikal Dua antena bisa berkomunikasi jika memiliki polarisasi yang sama Jika dua antena terpolarisasi linear berkomunikasi, dimana terdapat perbedaan sudut sebesar, maka terjadi ketidakcocokan polarisasi (polarization mismatch) yang direpresentasikan oleh polarization loss factor (PLF)

61 Polarisasi Antena Polarisasi ini juga alasan, mengapa kadangkala dengan memiringkan hp kita dapat meningkatkan penerimaan sinyal karena pada dasarnya hp polarisasinya linear Polarisasi circular lebih diinginkan karena tidak ada loss apabila ada polarization mismatch, antena GPS dan satelit menggunakan polarisasi circular Jika antena polarisasi circular berkomunikasi dengan antena polarisasi linear atau sebaliknya, maka akan terjadi missmatch loss sebesar 0.5 (-3dB), ini karena sebenarnya polarisasi circular memliki 2 komponen orthogonal, maka antena polarisasi linear akan hanya menangkap sinyal yang sephasa dengannya Loss factor polarisasi biasanya juga disebut efisiensi polarisasi, faktor mismatch antena, atau faktor penerimaan antena

62 Daerah efektif (Effective area) Parameter yang berguna untuk menghitung daya terima sebuah antena adalah daerah efektif Misalnya sebuah sinyal GEM memiliki polarisasi yang sama dengan polarisasi antena penerima tiba di antena tersebut, dimana GEM tersebut datang pada arah penerimaan radiasi maksimum, maka daerah efektif menggambarkan daya yang ditangkap dari GEM tersebut Misalnya W adalah densitas daya GEM (W/m 2 ), P daya pada terminal antena, maka: Sehingga area efektif merepresentasikan berapa banyak daya yang ditangkap dari GEM dan di salurkan ke antena

63 Daerah efektif (Effective area) Hubungan antara daerah efektif dan gain adalah Daerah efektif dapat diukur pada sebuah antena dengan membandingkan sebuah antena yang diketahui daerah efektifnya, atau dengan menghitung menggunakan gain yang diukur dan persamaan diatas

64 Formula Transmisi Friis Formula ini digunakan untuk menghitung daya yang diterima dari sebuah antena (G1), ketika ditransmisikan dari antena lain (G2) yang terpisah dengan jarak R dan beroperasi pada frekuensi f Asumsikan bahwa daya PT dialirkan ke antena pengirim. Asumsikan antena nya omnidireksional, lossless dan antena penerima berada jauh dari antena pengirim. Daya p dari GEM yang tiba di antena penerima adalah:

65 Formula Transmisi Friis Jika antena pengirim memiliki gain pada arah antena penerima G T, maka persamaan nya menjadi: Jika antena penerima memiliki daerah efektif A ER, maka daya yang diterima oleh antena penerima adalah Karena daerah efektif dapat dinyatakan sebagai maka daya terima menjadi:

66 Formula Transmisi Friis Formula ini disebut juga formula transmisi Friis. Formula ini menghubungkan gain antena, free space loss daya terima dan daya kirim Bisa juga dinyatakan sebagai : Atau dalam bentuk lain yaitu: P R = P T +G T +G R -L FS ; semua komponen dalam dB Dimana L FS = log f (MHz) + 20 log d (km) Semakin tinggi frekuensi dan jarak maka path loss semakin tinggi Ini alasan mengapa seluler bekerja dibawah 2 GHz, karena antenanya harus omnidireksional, dimana gain rendah, makanya tidak boleh frekuensi terlalu tinggi karena loss akan tinggi

67 Formula Transmisi Friis Komunikasi gelombang milimeter pada 60 GHz hanya dimungkinkan sementara ini untuk dalam jarak dekat dimana pengirim dan penerima saling menghadap (point to point) Mengenai band untuk 4G pada 700 MHz, maka operator akan senang karena frekuensi lebih rendah, sehingga loss rendah, sehingga untuk daya yang sama bisa mencakup daerah yang lebih luas Tapi tentunya handphone perlu antena yang lebih panjang karena frekuensi rendah berarti panjang gelombang bertambah, sehingga dimensi antena harus ikut bertambah Jika kedua antena penerima dan pengirim tidak match polarisasinya maka persamaan Friis menjadi

68 Temperatur antena Menggambarkan seberapa banyak antena menghasilkan noise yang akan ditambahkan kepada sinyal yang diterima atau dikirim Temperatur antena bergantung pada bentuk gain dan panas lingkungan sekitar antena Terdapat istilah distribusi temperatur T( ,  ) yaitu temperatur pada setiap arah dari antena pada koordinat spherical, sebagai contoh langit malam = 4Kelvin Sehingga temperatur antena berbeda-beda tergantung kepada mana antena mengarah. Jika sebuah antena memiliki pola radiasi R( ,  ), maka temperatur antena:

69 Temperatur antena Persamaan tadi menyatakan bahwa temperatur disekitar antena diintegralkan keseluruh sphere, yang dikalikan dengan pola radiasi antena. Karenanya, antena isotropik akan mempunyai temperatur noise yang merupakan rata2 semua temperatur disekitar antena Untuk antena dengan sangat mengarah, temperatur antena hanya tergantung pada temperatur pada arah antena menghadap Daya noise yang diterima antena pada temperatur T A dapat dinyatakan sbb:

70 Temperatur antena K adalah konstanta Boltzmann’s 1.38 x (J/K) Penerima juga memiliki temperatur T R, maka temperatur total sistem (antena + penerima) menjadi T sys = T A + T R Sebuah paramter yang sering disebutkan dalam spesifikasi sebuah antena adalah rasio gain antena terhadap temperatur antena atau temperatur total sistem Ditulit sebagai Noise Figure G/T (dB/K)

71 Antena dua-kutub pendek (short dipole antenna) Paling sederhana, kawat yang open-circuit Pendek artinya jika dibandingkan dengan panjang gelombang Dikatakan pendek jika Distribusi arus listrik di antena Arus listrik dapat di plot sbb:

72 Antena dua-kutub pendek (short dipole antenna) Pola radiasi antena pada medan jauh: Hanya memiliki komponen dan Kedua medan ini orthogonal dan sama fasa Kedua medan ini tegak lurus terhadap arah propagasi Perbandingan keduanya adalah yang merupakan impedansi instrinsik ruang bebas Medan berkurang dengan bertambahnya jarak

73 Antena dua-kutub pendek (short dipole antenna) Medan berbanding lurus terhadap L, mengindikasikan semakin panjang dipole semakin banyak daya radiasi Medan berbanding lurus dengan arus, artinya semakin besar arus semakin besar daya menggambarkan variasi gelombang terhadap jarak Medan juga berosilasi terhadap waktu pada frekuensi f menggambarkan variasi medan terhadap ruang, seperti apa gambarnya? Direktivitas antena hanya bergantung pada Nilainya 1.5 (1.76 dB), dimana sangat rendah Karena hanya fungsi maka tidak ada variasi dalam arah azimuth, sehingga antena ini omnidirectional

74 Antena dua-kutub pendek (short dipole antenna) Polarisasi antena adalah linear, jika dilihat pada bidang x-y, polarisasi antenna adalah vertikal Impedansi antena bergantung pada radius kawat Impedansi terdiri dari 3 komponen: resistansi radiasi, resistansi loss, dan reaktansi (imajiner) Contoh jika a=0.001 dan panjang L=0.05, frekuensi f=3 MHz, bahannya kuningan dengan konduktivitas = S/m Resistansi radiasinya adalah 0.49 ohm, resistansi loss=4.83 miliohm, reaktansi =1695 ohm, sehingga input resistansi Z=0.49+j1695 Ini berarti antena ini sangat tidak matching dengan saluran transmisi, meskipun reaktansi 1695 dapat dihilangkan, tapi resistansi 0.49 ohm sangat jauh dari 50 ohm

75 Antena dua-kutub (dipole antenna) Dianggap antena dipole dengan radius yang sangat tipis. Dipole antena mirip dengan dipole antena pendek, yang berbeda adalah ukuran antena dipole tidak “pendek” dibandingkan dengan panjang gelombang sinyal Antena dipole dengan panjang L disepanjang sumbu z, dengan pusat pada z=0, maka persamaan arus yang mengalir adalah:

76 Antena dua-kutub (dipole antenna) Perhatikan bahwa arus ber osilasi terhadap waktu dalam bentuk sinus Berikut adalah gambar distribusi arus untuk dipole dengan panjang /4 dan diple dengan panjang Perhatikan bahwa nilai maksimum I o tidak dapat dicapai untuk antena dengan panjang kurang dari /2

77 Antena dua-kutub (dipole antenna) Perhatikan bahwa untuk dipole sangat kecil, impedansi input adalah kapasitif (reaktansi negatif dan resistansi yang sangat kecil) Semakin besar dipole, impedansi meningkat, juga reaktansi meningkat. disekitar 0.5, antena memiliki impedansi real, atau disebut juga resonan

78 Antena dua-kutub (dipole antenna) Pola radiasi antena dipole Pola radiasi ternormalisasi:

79 Antena dua-kutub (dipole antenna) Lebih mengarah dibandingkan antena dipole pendek (sesuai dengan teori bahwa semakin besar antena maka pengarahan semakin meningkat) Pola radiasi tidak berubah terhadap azimuth Antena dipole panjang 1 Antena dipole panjang 1.5

80 Antena dua-kutub (dipole antenna) Pengarahan antena dipole sebagai fungsi panjang antena

81 Antena dipole ½ Kasus khusus dari antena dipole Antena yang beroperasi pada 600 MHz, maka =c/f =0.5 m, maka 1/2 =0.25 m Antena ini memiliki pusat pada tengah antena seperti gambar berikut: Impedansi input adalah Zin=73+j42.5 ohm

82 Antena dipole ½ Persamaan medan listrik Direktivitas = 1.64 (2.15dB) HPBW = 78 0 Jika panjang antena dikurangi sedikit menjadi 0.48 maka impedansi input menjadi Zin=70 ohm (ini yang diinginkan dalam praktis)

83 Antena dipole broadband Secara teori, bandwidth antena dapat dibuat semakin tinggi dengan menambah volume antena Untuk antena dipole, bandwidth ditingkatkan dengan menambah radius antena (A) Untuk antena dengan panjang 1.5 m, dimana 1/2 adalah pada 100 MHz, terdapat 3 kasus berikut A=0.001 m (1/3000 ) A=0.015 m (1/100 ) A=0.05 m (1/30 ) S11 seperti gbr sebelah: Perhatikan bahwa : Semakin tebal dipole maka bandwidth akan semakin tinggi

84 Antena satu kutub (monopole) Adalah setengah dari antena dipole Diletakkan diatas bidang ground Gambar a adalah antena monopole, gambar b adalah antena ekivalen-nya (yang didapat menggunakan teori bayangan (image theory)) Impedansi monopole adalah setengah impedansi dipole Zin = j21.25 Ohms Pengarahan antena monopole adalah dua kali lipat antena dipole, sehingga jika pengarahan dipole panjang 2L adalah D1 dB maka pengarahan monopole panjang L adalah D1+3 dB

85 Antena satu kutub (monopole) Luas bidang ground sangat mempengaruhi bentuk pola radiasi antena monopole Misalnya sebuah monopole, dengan luas bidang ground berdiameter 3 adalah sbb: Perhatikan bahwa pola radiasi antena masih berupa omnidireksional, tapi arah radiasi maksimum tidak lagi berada pada bidang x-y, tapi telah bergeser ke arah elevasi atas Semakin luas bidang ground, maka arah radiasi maksimum semakin mendekati bidang x-y

86 Antena dipole terlipat (Folded dipole antena) Merupakan antena dipole yang ujungnya dilipat dan disambung dengan ujung yang lain Biasanya d sangat kecil dibandingkan L


Download ppt "Teddy Purnamirza Jurusan T. Elektro UIN Suska Riau (Sebagian besar materi kuliah ini bereferensi ke www.antena-theory.com)"

Presentasi serupa


Iklan oleh Google