KONSEP DASAR SISTEM ANTENA Modul 1 Antena dan Propagasi

Model Sistem Komunikasi Message input Sinyal kirim Sinyal input TI Tx Media transmisi TO Rx Loss, distorsi, noise, interferensi Message output Sinyal output Sinyal terima

Model Komunikasi Fungsi dasar komunikasi : transmisi atau pengiriman informasi, dimana tiap macam sistem memiliki kekhususan sendiri Definisi komunikasi : proses pemindahan informasi dari 1 titik ke titik lainnya dalam ruang dan waktu tertentu Message/pesan : manifestasi informasi dari sumber informasi (orang, alat musik, mesin, dll) berupa suara, data, gambar atau kode tertentu Tujuan komunikasi : menyediakan replika message di tujuan Transducer : mengubah message menjadi sinyal listrik (TI) dan sebaliknya (TO)

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik Gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang tanpa medium Merupakan gelombang transversal Tidak memiliki muatan listrik sehingga bergerak lurus dalam medan magnet maupun medan listrik Dapat mengalami pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), perpaduan (interferensi), pelenturan (difraksi), pengutuban (polarisasi) Perubahan medan listrik dan medan magnet terjadi secara bersamaan, sehingga medan listrik dan medan magnet sefase dan berbanding lurus 

Refleksi (pemantulan) Refleksi terjadi ketika pemancar gelombang elektromagnetik mengenai object yang memiliki dimensi yang sangat besar ketika dibandingkan dengan lamanya gelombang dari pemancar gelombang. Refleksi terjadi pada permukaan bumi, bangunan ,tembok, dan panghalang yang lain.

Refraksi (pembiasan) Refraksi adalah pembelokan gelombang radio yang melewati medium yang memiliki kepadatan yang berbeda. Seperti gelombang RF yang melewati medium yang lebih padat gelombang akan akan cenderung melewati arah yang lain, seperti diilustrasikan pada Gambar 2.5.

Difraksi (pembelokan) Difraksi terjadi ketika garis edar radio antara pengirim dan penerima dihambat oleh permukaan yang tajam atau dengan kata lain kasar.

Scatering (penyebaran) Penyebaran terjadi ketika medium dimana gelombang merambat mengandung object yang kecil dibandingkan dengan panjang sinyal gelombang, dan jumlah object perunit volume sangat besar.

Absorpsi (penyerapan) Penyerapan terjadi ketika sinyal RF merambat objek dan terserap dalam material objek dengan cara tidak menembusnya, memantul, atau mengitari objek

Definisi Antena Antena disebut juga Areal adalah: Transformator/struktur transmisi antara gelombang terbimbing (saluran transmisi) dengan gelombang ruang bebas dan sebaliknya Perangkat yang berfungsi untuk memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik (EM) dari media kabel ke udara atau sebaliknya udara ke media kabel. Salah satu syarat antena yang baik: dapat meradiasikan dan menerima energi gelombang radio dengan arah yang sesuai dengan aplikasi yang dibutuhkan.

Ilustrasi komunikasi dengan antena Pemancar/Penerima Antena Info masuk/ keluar Udara Kabel Gelombang EM

Sifat antena yang ideal antara lain: Menerima secara efisien sinyal-sinyal yang diinginkan tanpa memindah band. Secara normal mempunyai sifat omnidirectional, baik untuk gelombang panjang maupun pendek. Antena directional dibutuhkan untuk gelombang VHF/UHF maupun gelombang mikro. Mempunyai perubahan resistensi dan reaktansi yang kecil terhadap perubahan frekuensi sinyal. Efek pemudaran (fading) seminimal mungkin, baik untuk gelombang panjang, medium maupun gelombang pendek. Efek interferensi dari instalasi listrik dalam rumah sekecil mungkin. Harus tahan karat atau kerusakan terhadap cuaca dan juga mudah pemasangannya Antena harus murah dan baik dipandang.

Fungsi Antena Antena berfungsi sebagai transducer yang mengubah energi listrik yang merambat dalam kabel menjadi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan ke udara dan/atau sebaliknya. Antena pemancar digunakan sebagai mekanisme untuk mengubah energi listrik yang merambat dalam kabel menjadi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan ke udara. Antena penerima digunakan sebagai mekanisme untuk mengubah gelombang elektromagnetik di udara menjadi gelombang elektromagnetik yang merambat dalam kabel/saluran transmisi

Illustration of Transmission mode

Illustration of Reception mode

SIMBOL ANTENA Berdasarkan fungsinya antena dibedakan dalam 2 macam yaitu : antena pemancar dan antena penerima. Semua antena secara umum baik bentuk dan ukurannya mempunyai empat karakteristik dasar yaitu reciprocity, directivity, gain, dan polarization.

Reciprocity Reciprocity merupakan sebuah kemampuan untuk menggunakan antena yang sama pada kedua antena, baik antena pemancar maupun penerimaan. Karakteristik listrik pada sebuah antena yang terpasang akan sama secara umum apakah menggunakan antena sebagai pemancar maupun sebagai penerima.

Antena reciprocity antena pemancar

Antena reciprocity pada penerima

Directivity Directivity dari sebuah antena atau deretan antena diukur pada kemampuan yang dimiliki antena untuk memusatkan energi dalam satu atau lebih ke arah khusus. Antena dapat juga ditentukan pengarahanya tergantung dari pola radiasinya. Dalam sebuah array propagasi akan diberikan jumlah energi, gelombang radiasi akan dibawa ketempat dalam suatu arah. Elemen dalam array dapat diatur sehingga akan mengakibatkan perubahan pola atau distribusi energi lebih yang memungkinkan ke semua arah. Suatu hal yang tidak sesuai juga memungkinkan. Elemen dapat diatur sehingga radiasi energi dapat dipusatkan dalam satu arah.

Gain (Penguatan Antena) Pancaran gelombang radio oleh antena vertikal mempunyai kekuatan yang sama ke segala arah mata angin, sifat pancaran semacam inilah yang dinamakan omnidirectional. Pada antena dipole, pancaran ke arah tegak lurus bentangannya besar sedang pancaran ke samping sinyalnya kecil, pancaran semacam ini disebut bidirectional.

Pola Omni Directional

Pola Directional

Polarisasi Gelombang elektromagnetik yang melaju di udara atau di angkasa luar terdiri atas komponen gaya listrik dan komponen gaya magnet yang tegak lurus satu sama lain. Gelombang radio yang memancar dapat dikatakan terpolarisasi sesuai arah komponen gaya listriknya.

Polarisasi Horisontal dan vertikal Pada transmisi RADAR sinyal diterima yang secara kenyataan adalah gelombang yang dipantulkan dari obyek, Sinyal polarisasi berbeda tergantung dengan tipe obyek, tanpa pengaturan posisi dari antena penerima supaya lebih baik untuk pengiriman sinyal.

Radiasi Energi Gelombang Elektromagnetik Berbagai macam faktor yang mempengaruhi antena dalam memancarkan energi gelombang elektromagnetik. Jika sebuah gelombang bolak-balik dipasang pada ujung A dari kawat antena AB, selanjutnya pada ujung B akan bebas, keberadaan rangkaian dan gelombang selanjutnya tidak bisa bergerak.

Pola Radiasi Pola radiasi adalah pernyataan secara grafis yang menggambarkan sifat radiasi dari antena (pada medan jauh) sebagai fungsi dari arah arah arah Dua dimensi Tiga dimensi

Ilustrasi Pola Radiasi Koordinat polar (polar plot) Antena Pola radiasi

Keterangan Pola Radiasi (1) 1.0 Lobe sisi (side lobe) 0.8 0.6 Lobe kecil (minor lobes) 0.4 Half Power Beam Width (HPBW) Lobe belakang (back lobe) Lobe sisi (side lobe) Titik setengah daya (Half power point) Pancaran utama (Main lobe/ main beam)

Keterangan Pola Radiasi (2) Beam utama (main beam) atau lobe utama (main lobe) adalah pancaran utama dari pola radiasi suatu antena Lobe kecil (minor lobes) adalah pancaran-pancaran kecil selain pancaran utama dari pola radiasi antena Lobe sisi (side lobes) adalah pancaran-pancaran kecil yang dekat dengan pancaran utama dari pola radiasi antena Lobe belakang (back lobe) adalah pancaran yang letaknya berlawanan dengan pancaran utama dari pola radiasi antena

Keterangan Pola Radiasi (3) Titik setengah daya (Half power point) adalah suatu titik pada pancaran utama yang mempunyia nilai daya separoh dari harga maksimumnya. Haf power beam width (HPBW) adalah lebar sudut yang memisahkan dua titik setengah daya pada pancaran utama dari pola radiasi. Front to back ratio adalah perbandingan antara daya maksimum yang dipancakan pada lobe utama (main lobe) dan daya pada arah belakangnya Cross polarisation ratio adalah perbandingan antara daya pada saat antena menerima gelombang dengan polarisasi vertikal dan pada saat menerima dengan polarisasi horisontal

Penamaan Antena Penamaan antena berdasarkan pola radiasi: Antena Broadside = antena yang mempunyai pancaran utama (main beam) tegak lurus dengan bidang yang memuat antena Antena Endfire = antena yang mempunyai pancaran utama (main beam) sejajar dengan bidang yang memuat antena Antena Intermediate = antena yang mempunyai pancaran utama (main beam) membentuk sudut dengan bidang yang memuat antena

Ilustrasi Penamaan Antena Pancaran utama Bidang antena 90o Pancaran utama Bidang antena Antena endfire Antena broadside Pancaran utama Bidang antena 90o < sudut < 0o Antena Intermediate

Efek bumi pada polaradiasi antena

Tipe-tipe antena

Dipole Antenna

Whip / Monopole antenna

Loop antenna

Helix antenna

Yagi antenna

GSM/CDMA antenna

Grid antenna

Log Periodic antenna

Antenna Wifi

Antenna Kaleng

Cavity Back Spiral antenna

Pyramidal Horn antenna

Wajan Bolic Antenna

Parabolic antenna

Array Parabolic Antenna

Phase Array antenna

Military Phase Array Usage