EK 3053 ANTENA n PROPAGASI Parameter dasar ANTENA

Apakah antena ? Daerah transisi antara propagasi saluran “guided” dan ruang udara (bebas) Memusatkan gelombang datang ke sebuah sensor (sbg receiver) Meluncurkan gelombang dari struktur terbimbing ke ruang angkasa atau udara (kondisi memancarkan) Bagian dari sistem pengiriman sinyal yang mampu melampaui jarak Tidak dibatasi pd gelombang EM saja (mis. Gel akustik) Human ear, eyes, mouth and throat, loud speakers, electric torch…

Gelombang EM Ruang Udara Medan Elektrik [V/m] x Medan Elektrik Arah Propagasi Time [s] y z Medan Magnet Medan Magnet [A/m] Gangguan medan EM Kec. cahaya (~300 000 000 m/s) Medan E dan H saling orthogonal Medan E dan H se fasa Impedansi, Z0: 377 ohm Time [s]

Gelombang EM Ruang Udara Frekuensi x Medan Elektrik Panjang Gel Arah Propagasi Konstanta Fasa y z Medan Magnet

Wave in lossy medium Redaman naik terhadap z Fasa berubah terhadap z Periode waktu Konstanta Propagasi Konstanta Redaman Konstanta Fasa

Aliran Daya Poynting vector Average power density

Polarisation of EM wave sirkular vertikal Medan Elektrik, E horisontal

Refleksi, refraksi Refleksi Bergantung pd media,polarisasi gel datang dan sudut kedatangannya. Koefisien Refraksi : Refraksi if both media are lossless Refleksi dan refraksi mempengaruhi polarisasi

Gelombang EM terbimbing Kabel Digunakan utk frekuensi di bawah35 GHz “Waveguides” Penggunaan antara 0.4 GHz smp 350 GHz Sistem Quasi-Optik Penggunaan di atas 30 GHz

Gelombang EM terbimbing (2) Gelombang TEM (Transverse ElectroMagnetic) dlm kabel dan sistem quasi-optik (sama seperti ruang bebas) TH,TE dan kombinasinya dlm waveguide : Komponen medan E atau H di arah propagasi Pantulan gelombang di dinding bag dalam dari waveguide Batas frekuensi atas dan bawah Dimensi melintang sebanding dg panjang gelombang Transverse = melintang

Waveguide Persegi

Pelontaran Gelombang EM Kupas kabel dan belah kawatnya Lebarkan ujung waveguide Antena Dipole Antena Horn

Transisi dari gelombang terbimbing ke gelombang ruang bebas

Reciprocity (pertukaran/timbal balik) Antena Pengirim dan penerima dapat dipertukarkan penggunaannya Media harus bersifat linier, pasif dan isotropik Caveat : Antena biasanya dioptimasikan sebagai pengirim / penerima tetapi tidak untuk keduanya.

Parameter dasar Antena Pola Radiasi Bidang berkas (Beam area) dan beam efficiency Apertur (tingkap) efektif dan Efisiensi apertur Direktifitas dan Penguatan (Gain) Resistan Radiasi

Pola Radiasi Pola medan jauh (Far field) Intensitas medan turun jika jarak bertambah, ≈ 1/r Rapat Daya radiasi turun ≈ 1/r2 Bentuk Pola radiasi tak bergantung jarak Biasanya ditunjukkan hanya di bidang utama D : Dimensi antena e.g. r > 220 km for APEX at 1.3 mm !

Pola Radiasi (2) Field patterns + phase patterns HPBW: half power beam width

Beam area dan beam efficiency Main beam area Minor lobes area Main beam efficiency

Apertur Efektif dan Efisiensi Apertur Antena Penerima mengekstrak daya dari gelombang datang Apertur dan beam dihubungkan menjadi : Untuk beberapa antena, hubungan antara apertur fisik dan apertur efektif dapat didefinisikan sbb :

Direktifitas dan Penguatan Di lihat dr pola medan : Ditinjau dr sisi Apertur : Antena Isotropik : dan

Resistansi Radiasi Antena memunculkan impedansi pada ujung terminalnya Bagian resistif adalah resistansi radiasi + rugi resistansi/beban Resistansi radiasi tidak berhubungan dg resistor nyata yg terdapat pada antena tetapi resistansi dari udara yang tergandeng (coupled) via berkas ke terminal-2 antena.

Tipe-2 Antena Wire Aperture Arrays

Wire antenna Antena Dipole Antena Loop Folded dipole Antena Helikal Yagi (susunan dr dipole-2) Reflektor Sudut Type-2 lainnya Horizontal dipole

Antena Kawat - resonansi Banyak “wire antenna” digunakan pada / dekat sbg resonansi Kadang tidak praktis membangun keseluruhan panjang sbg resonator Panjang secara fisik dapat diperpendek dg menggunakan teknik “loading” Inductive load : misal koil di tengah, dasar / atas (dpt diatur) Capacitive load : misal capacitance “hats” (flat top at one or both ends)

Yagi-Uda Elements Gain dBi Gain dBd 3 7.5 5.5 4 8.5 6.5 5 10 8 6 11.5 9.5 7 12.5 10.5 13.5

Apertur antena Mengumpulkan daya di apertur yg ditentukan Berukuran besar dibanding panjang gelobangnya Contoh tipe : Reflector antenna Horn antenna Lensa

Reflektor antena Reflektoryg dibentuk : piringan parabolik , antena silinder … Reflektor berfungsi sbg sebuah bidang besar pengumpul dan memusatkan daya pada sebuah daerah terpusat dimana “feed” diletakkan. Sistem Kombinasi optikal : Cassegrain, Nasmyth … 2 (Cassegrain) atau 3 (Nasmyth) cermin digunakan membawa “titik api” ke sebuah lokasi dimana ‘feed” termasuk transmiter/receiver dapat di instal lebih mudah.

Antena Cassegrain Memiliki sebaran kebelakang drpd antena parabola sederhana. Peluang Pengarahan berkas lebih besar : Gerakan cermin kedua dikuatkan oleh sistem optikal Jauh lebih kompak utuk rasio f/D yg diberikan.

Antena Cassegrain (2) Gain bergantung pd diameter, panjang gelombang, pencahayaan Apertur efektif dibatasi oleh ketepatan permukaan dan halangan Pelat terskala bergantung pd panjang “focal” ekivalen. Rugi di Efisiensi apertur disebabkan oleh : Tapered illumination Spillover (illumination does not stop at the edge of the dish) Halangan dr cermin kedua, lengan penyangga Permukaan tidak rata (bergantung pd panjang gelombang) At the SEST:

Waveguide Persegi atau Lingkaran yg melebar Antena Horn Waveguide Persegi atau Lingkaran yg melebar Gelombang muka bentuk bola dari pusat Apertur dan sudut bukaan menentukan Gain

Dipole Pendek Panjang lebih pendek drpd λ Arus konstan di sepanjang antena Daya dekat dipole kebanyakan bersifat reaktif Jika “r” naik, Er menghilang, E dan H perlahan menjadi se fasa

Pola Dipole Pendek

Thin wire antenna Diameter kawat kecil dibanding λ Distribusi arus sepanjang kawat tidak konstan Gunakan persamaan medan utk dipole pendek, ganti arus dg distribusi yg sebenarnya.

Thin wire pattern

Array of isotropic point sources – beam shaping

Array of isotropic point sources – centre-fed array

Array of isotropic point sources – end-fired

Pattern multiplication The total field pattern of an array of non-isotropic but similar point sources is the product of the individual source pattern and the pattern of an array of isotropic point sources having the same locations,relative amplitudes and phases as the non-isotropic point sources.

Patterns from line and area distributions When the number of discrete elements in an array becomes large, it may be easier to consider the line or the aperture distribution as continuous. line source: 2-D aperture source:

Fourier transform of aperture illumination Diffraction limit

Far field pattern from FFT of Aperture field distribution

Effect of edge taper

dBi versus dBd dBi menunjukkan gain vs. antena isotropik Antena Isotropik meradiasi ke segala arah sama baik, berbentuk bola (spheric) dBd menunjukkan gain vs. reference half-wavelength dipole Pola antena Dipole berbentuk donat dg gain 2.15 dBi

Penyesuaian saluran dan “Feed” Impedansi antena harus sesuai dengan “line feeding” jika ingin mencapai transfer daya maksimum Impedansi saluran harus menjadi “complex conjugate” dari antena nya Sebagian besar “feed line” pada dasarnya resistif

Signal transmission, radar echo Transmitting antenna Receiving antenna S, power density Effective receiving area Radar return Reflected power density Effective receiving area S, power density

Antenna temperature Power received from antenna as from a black body or the radiation resitance at temperature Ta

The end