Antenna dan Propagasi

Materi Konsep Dasar Antenna Jenis-Jenis Antenna Model Propagasi Gangguan pada Transmisi Nirkabel

Konsep Dasar Antenna

Pengertian Antenna Antena adalah konduktor elektrik yang berfungsi untuk : Transmisi (Transmission) : Meradiasikan energi elektromagnetik ke ruang bebas/space Penerimaan (Reception) : Mengumpulkan/menerima energi elektromagnetik dari ruang bebas/space Pada komunikasi dua arah, antena yang sama dapat digunakan untuk transmission dan reception

Pola Radiasi Antena Pola radiasi antenna dapat digambarkan dengan sebuah grafik Grafik menggambarkan kecenderungan radiasi antena pada arah/tempat tertentu

Pola Radiasi Antena (2) Beam width (or half-power beam width) Measure of directivity of antenna

Jenis-Jenis Antenna

Jenis Antena Secara garis besar, antena dapat dibagi jadi dua jenis berdasarkan arah radiasi Omnidirectional : radiasi ke segala arah Directional : radiasi ke arah tertentu

Isotropic Antena Jenis antena pada kondisi ideal Pada kasus nyata, kondisi ini hampir tidak pernah terjadi Radiasinya ke segala arah dengan merata

Antena Dipole Antena sederhana yang disusun dari dua batang/lempeng bahan konduktor Dua jenis dipole Half-wave dipole antenna (or Hertz antenna) Quarter-wave vertical antenna (or Marconi antenna) Aplikasi : antena radio mobil

Antena Monopole Antena sederhana yang disusun dari satu batang/lempeng bahan konduktor Aplikasi : Antena pemancar radio, access point wifi

Antena Yagi Antena directional yang disusun dari rangkaian elemen dipole sebagai driven element dan satu reflektor Aplikasi : antena TV UHF, antenna radio komunitas

Antena Parabolic Antena directional dengan memanfaatkan reflektor berbentuk parabolik Aplikasi : terrestrial microwave dan komunikasi satelit

Antenna Gain Keluaran power, pada arah tertentu, dibandingkan dengan keluaran yang dihasilkan ke semua arah pada kondisi ideal (antena isotropic) G = antenna gain Ae = effective area, berhubungan dengan ukuran dan bentuk fisik antena f = carrier frequency c = speed of light (» 3 ´ 108 m/s)  = carrier wavelength

Index Effective Area

Contoh Diketahui sebuah antena reflektif parabolik dengan diamater 2m. Beroperasi pada frekuensi 12 Ghz. Berapa area efektif dan antenna gain-nya? Jawab A = πr2 = π Ae = 0.56 π λ = c/f = (3x108)/(12x109) = 0.025m G = (4π x 0.56π) / (0.025)2 = 35336,8064 GdB = 10 log (G) = 45,482 dB

Model Propagasi

Model Propagasi Ground-wave propagation Sky-wave propagation Line-of-sight propagation

Ground Wave Propagation Propagasi mengikuti kontur bumi Sinyal dapat dipropagasikan untuk jarak yang jauh Untuk frekuensi di bawah 2 MHz Contoh AM radio

Ground Wave Propagation

Sky Wave Propagation Sinyal dipantulkan dari lapisan terionisasi pada atmosfer ke bumi Sinyal dapat berjalan melewati beberapa hop, memantul antara ionosfer dan permukaan bumi Efek pemantulan diakibatkan oleh refraction Examples Amateur radio CB radio

Sky Wave Propagation

Line-of-Sight Propagation Antena transmitter dan receiver harus berada pada posisi Line of Sight (LOS) Komunikasi satelit– sinyal di atas 30 MHz tidak dipantulkan oleh ionosphere Komunikasi pada ground – antar antena pada effective line of site karena refraction Refraction – pembelokan microwaves oleh atmosphere Kecepatan gelombang electromagnetic adalah fungsi kepadatan medium medium Kecepatan 3x108 adalah kecepatan cahaya pada ruang hampa Ketika gelombang berpindah medium, kecepatan berubah Gelombang dibelokkan pada batas antara dua medium

Line-of-Sight Propagation

Rumus Line-of-Sight Optical line of sight Effective, or radio, line of sight d = distance between antenna and horizon (km) h = antenna height (m) K = adjustment factor to account for refraction, rule of thumb K = 4/3

Line-of-Sight Equations Maximum distance between two antennas for LOS propagation: h1 = height of antenna one h2 = height of antenna two

Contoh Berapa jarak maksimum antara dua antena dalam transmisi LOS jika antena transmitter tingginya 100m dan antena receiver pada ground level? = 3.57 x sqrt(133) = 41km Jika antena receiver tingginya 10m, untuk mencapai jarak maksimum yang sama, berapa tinggi antena transmitter seharusnya? = d 41 = 3.57(sqrt(Kh1) + sqrt(13.33)) h1 = 46.2m

Gangguan pada Transmisi LOS

Gangguan pada Transmisi LOS Attenuation and attenuation distortion Free space loss Noise Atmospheric absorption Multipath Refraction Thermal noise Fading

Attenuation / Pelemahan Kekuatan sinyal cenderung menurun seiring bertambahnya jarak antara transmitter dan receiver Faktor pelemahan pada unguided media: Sinyal yang diterima harus mempunyai kekuatan yang cukup agar dapat diinterpretasi oleh receiver Kekuatan sinyal harus lebih tinggi dari noise untuk meningkatkan rasio SNR Efek pelemahan lebih besar seiring dengan besarnya frekuensi yang dipakai Salah satu jenis attenuation adalah Free Space Loss

Free Space Loss pada Antena Isotropic Pelemahan sinyal seiring dengan jarak pada transmisi LOS Free space loss, ideal isotropic antenna Pt = signal power at transmitting antenna Pr = signal power at receiving antenna  = carrier wavelength d = propagation distance between antennas c = speed of light (» 3 ´ 10 8 m/s) where d and  are in the same units (e.g., meters)

Free Space Loss (Decibel) Free space loss equation can be recast:

Free Space Loss pada Antena Lain Free space loss accounting for gain of other antennas Gt = gain of transmitting antenna Gr = gain of receiving antenna At = effective area of transmitting antenna Ar = effective area of receiving antenna

Free Space Loss pada Antena Lain (Decibel) Free space loss accounting for gain of other antennas can be recast as

Jenis-Jenis Noise Noise internal Noise Eksternal (Interferensi) Thermal Noise Noise Eksternal (Interferensi) Intermodulation noise Crosstalk Impulse Noise

Thermal Noise Jenis noise yang diakibatkan oleh perubahan suhu perangkat Perubahan suhu diakibatkan oleh aktifitas elektron Ada pada semua perangkat elektronik dan semua jenis transmisi Tidak bisa dihilangkan Signifikan pada komunikasi satelit

Thermal Noise Amount of thermal noise to be found in a bandwidth of 1Hz in any device or conductor is: N0 = noise power density in watts per 1 Hz of bandwidth k = Boltzmann's constant = 1.3803 ´ 10-23 J/K T = temperature, in kelvins (absolute temperature)

Thermal Noise Thermal noise independen terhadap frekuensi Thermal noise pada bandwidth B Hertz (in watts): or, in decibel-watts

Terminologi Noise Intermodulation noise – terjadi jika sinyal dengan frekuensi berbeda dilewatkan medium yang sama Disebut juga sebagai adjacent channel interference Crosstalk noise – terjadi jika sinyal dengan frekuensi yang sama saling ber-interferensi Disebut juga co-channel interference Impulse noise – irregular pulses Durasi pendek Diakibatkan gangguan elektromagnetik

Expression Eb/N0 Ratio of signal energy per bit to noise power density per Hertz The bit error rate for digital data is a function of Eb/N0 Given a value for Eb/N0 to achieve a desired error rate, parameters of this formula can be selected As bit rate R increases, transmitted signal power must increase to maintain required Eb/N0

Gangguan Lain Atmospheric absorption – penguapan air dan oksigen berperan pada attenuation/pelemahan Multipath – sinyal dipantulkan oleh benda sehingga beberapa copy dari sinyal dengan delay berbeda diterima oleh receiver Refraction – pembelokan gelombang radio ketika melewati atmosfer

Multipath Propagation

Multipath Propagation Reflection/Pemantulan - terjadi ketika sinyal mengenai penampang yang lebih besar dari panjang gelombang Diffraction/Penguraian - terjadi pada tepi sebuah benda tak tembus yang lebih besar dari panjang gelombang Scattering/Penghamburan – terjadi ketika sinyal mengenai benda yang ukurannya seukuran panjang gelombang

Efek Multipath Propagation Multiple copy dari sebuah sinyal dapat diterima dengan fase yang berbeda Jika fase yang datang destruktif, maka sinyal cenderung melemah Intersymbol interference (ISI) Satu atau lebih sinyal tertunda diterima bersamaan pada saat sinyal saat ini diterima

Fading Fading  fluktuasi dari pelemahan sinyal yang mempengaruhi kekuatan sinyal saat diterima pada penerima Fading terjadi karena interferensi atau superposisi gelombang multipath yang memiliki amplitudo dan fasa yang berbeda-beda Jenis fading: Fast fading Slow fading Flat fading Selective fading

Jenis Fading Fast Fading  perubahan amplitudo yang cepat ketika mobile terminal bergerak dalam jarak pendek. Hal ini terjadi karena refleksi dari objek lokal dan pergerakan user dari objek. Slow Fading  terjadi karena refleksi dan difraksi objek yang besar sepanjang jalur transmisi. Dalam jarak jauh terjadi perubahan secara perlahan dari panjang gelombang

Jenis Fading (lanj.) Flat Fading  seluruh komponen frekuensi sinyal yang diterima berfluktuasi dalam proporsi yang sama secara bersamaan Selective Fading  channel gain bisa bervariasi untuk frekuensi yang berbeda. Menyebabkan pola cloudy yang tampil di spektogram

Distribusi Fading Rayleigh Fading Rician Fading Terjadi ketika ada beberapa jalur tidak langsung antara transmitter dan receiver serta jalur dominan yang berbeda, seperti jalur Line of Sight Worst case Outdoor setting Rician Fading Terjadi ketika ada jalan langsung Line of Sight selain sejumlah multipath signal yang tidak langsung Best case Indoor setting

Mekanisme Kompensasi Error

Mekanisme Kompensasi Error Forward error correction Adaptive equalization Diversity techniques

Forward Error Correction Transmitter menambahkan error-correcting code pada data block Code is a function of the data bits Receiver melakukan penghitungan error-correcting code dari data bits yang diterima Jika code yang dihitung sesuai, berrati tidak ada error Jika error correcting code tidak sesuai, receiver menetukan bit yang error dan melakukan recovery

Adaptive Equalization Can be applied to transmissions that carry analog or digital information Analog voice or video Digital data, digitized voice or video Used to combat intersymbol interference Involves gathering dispersed symbol energy back into its original time interval Techniques Lumped analog circuits Sophisticated digital signal processing algorithms

Diversity Techniques Diversity is based on the fact that individual channels experience independent fading events Space diversity – techniques involving physical transmission path Frequency diversity – techniques where the signal is spread out over a larger frequency bandwidth or carried on multiple frequency carriers Time diversity – techniques aimed at spreading the data out over time

Terima Kasih