BAB 8 HIGH FREQUENCY ANTENNA. Mahasiswa mampu menjelaskan secara lisan/tertulis mengenai jenis-jenis frekuensi untuk

Transkripsi

1 BAB 8 HIGH FREQUENCY ANTENNA Kompetensi: Mahasiswa mampu menjelaskan secara lisan/tertulis mengenai jenis-jenis frekuensi untuk komunikasi, salah satunya pada rentang band High Frequency (HF). Mahasiswa diharapkan dapat mengerti konsep antenna pada frekuensi ini. Aplikasi, unjuk kerja, permasalahan yang dihadapi saat ini, sehingga mampu mendesain sendiri antenna HF. Antena merupakan rangkaian resonansi yang istimewa. Pada rangkaian resonansi biasa, ukuran kondensator dan kumparan jauh lebih kecil daripada panjang gelombang resonansi. Oleh karena itu, medan listrik dan magnetik tetap tinggal di dalam rangkaian. Energi medan tersebut hanya diubah menjadi usaha listrik dan panas. Apabila ketebalan kabel kumparan dan besar kondensator sebanding dengan panjang gelombang resonansi, maka sebagian besar energi medan akan dikeluarkan sebagai gelombang elektromagnetik. Ini merupakan prinsip pemancar. Pemancar tersebut dapat terbuat dari macam-macam bahan penghantar yang biasanya berbentuk kawat atau pipa. Kekuatan medan elektromagnetik yang dipancarkan, tergantung pada luas medan pancar, besar arus dan tegangan listrik yang terdapat di dalamnya. Rangkaian resonansi, biasanya terbuat dari induktor, kondensator dan resistor juga terdapat pada antena, tetapi wujudnya bukan komponen melainkan rangkaian linear sepanjang kabel antena. Kawat antena yang beresonansi mengakibatkan muatan listrik bergetar atau bergerak dengan frekuensi tertentu bolak-balik dari ujung ke ujung kawat. Getaran ini akan menempuh jarak sebesar panjang gelombang resonansi. Untuk dapat menampung getaran resonansi ini

2 panjang antena harus paling sedikit setengah panjang gelombang (½ λ). Setengah panjang gelombang adalah syarat umum untuk mempertahankan resonansi. Bila gelombang radio disalurkan melalui kawat tak berhingga, maka amplitudonya semakin lama akan semakin kecil, karena energinya hilang akibat pemanasan kawat dan pemancaran. Lain halnya kalau kawat itu pendek, berkat pemantulan gelombang pada ujungujungnya energi tidak akan lenyap begitu saja. Bila gelombang tersebut secara terus menerus pada suatu antena yang panjangnya tepat setengah gelombangnya maka resonansi akan terjadi. Impedansi antena menentukan perbandingan tegangan dan arus di dalam antena. Tepat pada frekuensi resonansi, nilai impedansi menjadi resistif karena fasa arus dan tegangan menjadi sama. Bila kondisi resonansi tidak benar-benar tercapai, maka antara tegangan dan arus listrik akan terdapat suatu fasa kecil. Hal ini membuat sifat impedansinya tidak resistif saja, melainkan juga induktif atau kapasitif. Energi yang disalurkan ke dalam antena sebagian besar dimanfaatkan untuk pemancaran gelombang elektromagnetik, dan sisanya hilang melalui pemanasan kawat dan resistansi isolasi. Tujuan utama penyaluran energi tersebut adalah mempertahankan pemancaran dengan cara meminimalisasi energi yang hilang. Medan antena merupakan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan ke tempat yang jauh. Ini yang disebut medan pancar. Intensitas medan pancar semakin jauh akan semakin berkurang. Komponen listrik dan magnetik dari gelombang tersebut mempunyai fasa yang sama, tetapi polarisasinya berbeda (saling tegak lurus). Pada prakteknya intensitas medan yang dipancarkan suatu antena ke semua jurusan tidak pernah sama. Mungkin saja intensitas medan ke beberapa arah itu nol, sedangkan ke

3 arah-arah lainnya bervariasi dari kuat sampai lemah. Antena yang mampu memancarkan intensitas yang sama ke semua arah disebut sebagai pemancar isotrop. Untuk jarak tertentu, intensitas relatif medan sekeliling antena disebut juga diagram pemancar. Diagram pemancar yang terdapat di atas kertas hanya menggambarkan situasi medan pada satu bidang, padahal yang sebenarnya berdimensi tiga. Ini berarti bahwa diagram tiga dimensi suatu pemancar isotrop mempunyai wujud bola. Polarisasi vertikal pada frekuensi rendah (4 MHz) membutuhkan antena vertikal yang cukup panjang sehingga para amatir radio sukar menerapkannya. Satu-satunya cara yang memungkinkan pemancaran tersebut adalah dengan menggunakan ground plane atau antena yang dipendekkan. Panjang antena semacam ini biasanya tidak melebihi ¼ panjang gelombang. Kekurangan panjang antena ini harus ditunjang oleh masa atau permukaan bumi agar terjadi pencerminan atau penerusan gelombang. Antena vertikal yang tingginya ¼ panjang gelombang yang disalurkan ke massa atau bumi sebenarnya, dapat pula disalurkan ke tempat massa atau bumi sintetis. Massa atau bumi sintetis yang dimaksudkan di sini terbuat dari beberapa kawat yang masing-masing sepanjang ¼ panjang gelombang. Ground plane ini beresonansi seperti antena ½ panjang gelombang. Adanya bagian horisontal dan vertikal pada antena akan membuat polarisasi medan menjadi miring. Hal ini mempengaruhi diagram pemancarannya. Bila jumlah kawat-kawat radial yang tegak lurus pada antena vertikal jumlahnya melebihi 4, maka dapat dikatakan bahwa polarisasinya secara praktis adalah vertikal. 8.1 Spesifikasi Antenna HF Antena yang digunakan untuk memancarkan dan menerima gelombang HF pada dasarnya adalah berbentuk antena dipole. Kalau diklasifikasikan lagi, antena yang tidak

4 memiliki arah biasanya digunakan untuk pusat stasiun bergerak atau stasiun TV. Sedangkan jenis yang mempunyai diagram arah digunakan untuk perhubungan point to point, atau untuk penerimaan TV. Jenis pertama dari HF adalah antena berarah seperti antena corner reflektor, antena Yagi Uda, Array antena, antena helical dan antena log periodik. Jenis kedua adalah antena Omni Directional seperti antena polarisasi horizontal Omni directional, dimana semua jenis antena ini tidak memiliki arah atau orientasi menghadapnya antena ke suatu tujuan tertentu. Beberapa hal penting yang perlu diperhatikan dalam pemilihan antena: 1. Pengukuran beberapa parameter antena yang menentukan efektifitas dan kinerja antena, meliputi : Pengukuran arus dan tegangan Pengukuran gain antena Pola radiasi ruang (space radiation pattern) Pengukuran feed point impedance Polarisasi antena Pengukuran Standing Wave Ratio (SWR) 2. Pengukuran parameter pesawat transceiver yang menentukan efektifitas dan kinerja pesawat, meliputi : Pengukuran arus dan tegangan Pengukuran frekuensi pancar terima pesawat 3. Pengukuran saluran transmissi (transmission line) yang sesuai untuk menghasilkan kinerja yang efektif.

5 Hasil pengukuran ketiga hal diatas akan dianalisis dan dievaluasi untuk memperoleh set-up terbaik dari tiap tiap komponen yang memberikan hasil optimal pengiriman data melalui gelombang radio. 9.2 Aplikasi Komunikasi Menggunakan Antenna HF Pada komunikasi menggunakan frekuensi HF, antena dipole horizontal sangat populer dalam penggunaan dan aplikasinya. Antena HF jenis ini dapat didesain untuk mendapatkan spesifikasi performansi dan pola pancar sesuai yang dibutuhkan. Dalam radio dan telekomunikasi antena dipole merupakan antena yang paling sederhana dan paling banyak digunakan. Antena ini terdiri dari dua elemen konduktif identik seperti kabel logam atau batang, yang biasanya bilateral simetris. Bentuk yang paling umum dari antenna dipole adalah dua batang lurus atau kawat yang berorientasi berakhir pada sumbu yang sama, dengan feedline terhubung ke dua ujung yang berdekatan. Antena dipole adalah antena resonan, yang berarti bahwa unsur-unsur berfungsi sebagai resonator. Jadi panjang elemen antenna ini ditentukan oleh panjang gelombang dari gelombang radio yang digunakan. Bentuk yang paling umum adalah setengah gelombang dipole, dimana masing-masing dari dua elemen batang adalah sekitar 1/4 panjang gelombang, sehingga seluruh antena setengah panjang gelombang. Antena HF jenis ini banyak digunakan untuk komunikasi jarak jauh, mengingat frekuensinya yang relatif rendah dibandingkan dengan UHF dan VHF, dengan panjang gelombang yang panjang cocok digunakan untuk komunikasi antar benua.