Konsep Dasar Antena. Definisi Antena. Antena = Alat pelepas dan penerima gelombang energi elektromagnetik

Transkripsi

1 Modul Konsep Dasa ntena G3D3 ntena Modul# ntena dan opagas Konsep Dasa ntena Oleh : Nachwan Muft dansyah, S, M Konsep ntena sbg Sumbe tk eoema espostas Cason eoema daya dan ntenstas ado Kaaktestk antena pemanca Konsep petu ntena umus tansms Fs olasas empeatu antena Kesmpulan modul Modul KONSE DS NEN Defns ntena endahuluan -Defns antena -Konsep antena sbg sumbe ttk -eoema espostas Cason ebste s dctonay: a usually metallc devce (as od o we) fo adatng o ecevng ado waves IEEE Std : a means fo adatng o ecevng ado waves ntena lat pelepas dan penema gelombang eneg elektomagnetk Modul KONSE DS NEN 3 Modul KONSE DS NEN 4

2 Konsep ntena sbg Sumbe tk x. Konsep sumbe ttk: untuk analss daya tema pada medan jauh (tempat yang jauh). ntena danggap sebaga sumbe ttk kaena dmens antena << jaak antena pengm dengan ttk obsevas d medan jauh.dθ O z sn θ.dφ 5 Modul KONSE DS NEN Syaat antena sebaga sumbe ttk Medan jauh tansvesal (Medan magnet medan magnet) apat daya (aus daya) yang menembus bdang bola obsevas y mengaah adal kelua semuanya Dengan ekstapolas, semua apat daya beasal da volume yang ds sn θ.dθ.dφ sangat kecl atau ttk O, tdak begantung pada dmens fsk antena Defns sumbe ttk, Sumbe ttk adalah ttk potong semua apat daya d tempat jauh Untuk mengetahu dstbus medan/daya d tempat jauh, maka dlakukan pengukuan pada pada jaak konstan. Sumbe ttk belaku untuk medan jauh, dengan pesyaatan : >>, >>d, dan >>b engukuan, engukuan medan dan apat daya, pengukuan pada bola dengan konstan, dengan ttk pusat bola obsevas bempt pada sumbe ttk, dapat dlakukan pada satu ttk uku, tetap antenanya yang dputa satu lngkaan penuh Untuk polasas elptk, pelu duku komponennya (ampltudo dan fasa). engukuan fasa pelu M bempt O, untuk menghnda beda fasa elatf. 6 Modul KONSE DS NEN ntena m em enuh volum e dengan ja-ja b M O (a) sumbe ttk bempt dengan pusat bola M M b (b) sumbe ttk bejaak tehadap pusat bola M d O b eoema Daya dan Intenstas ado eoema Daya dan Intenstas ado x.dθ O z sn θ.dφ y ds sn θ.dθ.dφ Konsep Daya ntena Isotops ntena sotops hanya ada secaa hpothetcal (teots) ada dasanya semua antena tdak ada yang memlk pancaan sama kesegala aah (unsotopc) sums dasa ntena, sumbe danggap ttk dan dtempatkan d O adal kelua pada setap ttk bola ds atau //ds Modul KONSE DS NEN 7 8 Modul KONSE DS NEN

3 eoema Daya dan Intenstas ado Jka medum anta antena (bola): tdak meedam, tdak menyeap daya, bedasakan hukum kekekalan eneg, maka : Daya yang dpancakan sumbe Daya total yang menembus bola S.dS π π. ds dmana, apat daya pada bola ds elemen luas. snθ.dθ.dφ daya yang dpancakan antena x 9 Modul KONSE DS NEN d S S.dθ O z sn θ.dφ y ds sn θ.dθ.dφ eoema Daya dan Intenstas ado Jka O sumbe sotops, maka (apat daya) akan konstan untuk konstan Sehngga, Maka, S.dS π π..snθ.d θ.d φ. apat daya bebandng tebalk dengan Modul KONSE DS NEN Intenstas adas Defns: Intenstas adas daya pe satuan sudut uang U. π π S.dS π π U.sn θ.d θ.d φ dmana, dω snθ.dθ.dφ. ds π π U.dΩ ad 57,3 o x 57,3 o 383,3 deg ad x 57,3 o x 57,3 o 453 deg Intenstas adas Da tnjauan Intenstas adas π π π π U.sn θ. dθ. dϕ U. dω Da tnjauan apat Daya Da ekspes datas, dapat dsmpulkan bahwa π π...sn.. S Daya yang dpancakan antena sotopk (sumbe ttk): ds θ dθ dϕ ntegas ntenstas adas untuk seluuh sudut uang ntegas apat daya utk seluuh luas kult bola Untuk ISOOIS :.Uo [ Uo dalam att / adan ] : 453.Uo [ Uo dalam att / deg ] ntena Sembaang : Uo U ata ( tme aveage ) Modul KONSE DS NEN Modul KONSE DS NEN

4 Kaaktestk ntena eoema espostas Cason Membuktkan: Kaaktestk antena sebaga pemanca juga belaku antena sebaga penema. Kaaktestk antena pemanca Kaaktestk antena penema (a) (b) pada sums dasa Jka, tansms eneg antaa antena dan B yang melalu medum homogen, sotops, lnea, dan pasf, dapat dmodelkan sebaga angkaan- IB I B ntena dan B sama, fungsnya dpetukakan sebaga pengm dan penema. I Z Z Z Z 3 I B Z I Z I I Z Z Z 3 I B Modul KONSE DS NEN 3 4 Modul KONSE DS NEN Bukt eoema Cason Kaaktestk ntena emanca Z Z sebaga syaat, msalkan Z Z Da gamba (a) : I [Z + (Z // Z )] 3 I.Z 3 Z3 IB Z + Z (ZZ + ZZ3 + Z3Z) Da gamba (b) : B I [Z + (Z // Z )] I.Z 3 I Z + Z Jad jka 3 B Z3 (Z Z + Z Z + Z Z ) 3 B, maka I IB 3!! eoema Cason menyatakan bahwa, Untuk medum tansms yang homogen dan sotops, Jka suatu tegangan dpasangkan pada temnal suatu antena, maka aus yang sama ( ampltudo dan fasa ) akan dpeoleh pada temnal seandanya tegangan yang sama dpasangkan pada temnal B Kaaktestk antena :. Dagam aah. Dagam fasa 3. Dektftas 4. Gan 5. eba bekas 6. Impedans antena 7. Bandwdth (lebapta) 8. empeatu antena 9. olasas antena Dapat danalss secaa teotk ada umumnya duku 5 Modul KONSE DS NEN 6 Modul KONSE DS NEN

5 Kaaktestk #: Dagam ah Dagam aah menunjukkan kaaktestk pancaan antena ke bebaga aah (patten), pada konstan, jauh, sebaga fungs θ dan φ Macam-macam dagam aah Menuut besaan Dagam aah Medan (lstk, magnet) Dagam aah Daya (, U ) Dagam aah Fasa Menuut skala Dagam aah absolut (dalam besaannya) Dagam aah elatf ( tehadap efens ) Dagam aah nomal (efeens max db) Dagam ah Dagam aah sebenanya 3 dmens, tetap basa dgambakan sebaga dmens, yatu penampangnya saja yang salng tegakluus bepotongan pada poos manlobe Em φ Eθ Dagam aah absolut U Dagam aah elatf Bebaga stlah dalam dagam aah θ θ θ db -3 db B Dagam aah nomal Man lobe majo lobe, lobe utama ; daeah pancaan tebesa Sde lobe mno lobe, lobe ss ; daeah pancaan sampngan Back lobe lobe belakang ; daeah pancaan belakang BEMIDH eba bekas ; Sudut yang dbatas ½ daya atau 3 db atau,7 medan mum pada Manlobe FB Font to Back ato Man lobe / Back lobe Modul KONSE DS NEN 7 Modul KONSE 8 Dagam ah Kaaktestk #: Dagam Fasa Sepet juga pada dagam aah, dapat dambl penampang dagam fasa 3-dmens, ataupun plot lneanya Untuk bentuk peodk dengan fekuens tetentu, medan jauh dketahu selengkapnya jka dketahu : b. lot lnea pola daya adas mpltudo E θ sebaga fungs da, θ, φ mpltudo H φ sebaga fungs da, θ, φ Beda fasa δ antaa E θ dan H φ sebaga fungs da θ, φ, dengan konstan Beda fasa η antaa E θ dan H φ tehadap haganya pada ttk efeens, sebaga fungs da θ, φ, dengan konstan a. obe-lobe adas antena (pola panca 3 dmens) 9 Sumbe : Balans, Constantn, ntenna heoy, nalyss and Desgn, Modul KONSE DS NEN Hape & ow ublshe, 98 (halaman Modul KONSE DS NEN

6 Kaaktestk #3: Dektftas Contoh enghtungan dektvtas dengan caa eksak Meepesentaskan pengaahan antena, semakn besa dektvtas dapat datkan bahwa leba bekasnya semakn sempt Defns: IntenstasadasMaksmum D Uo Intenstasadasata ata m Em D x Uo o Eo Dagam aah daya / ntenstas adas antena yg dtnjau Dagam aah daya / ntenstas adas antena sotops Uo Modul KONSE DS NEN Dketahu, suatu antena memlk es. dagam aah Maka, π π π π. U.cos θ ; θ π/ & φ π ; θ, φ lannya.cos θ sn θ.d θ.d φ π [ cos θ] [ φ] π π.cos θ d(cosθ) dφ Modul KONSE DS NEN Jka daya yg sama, dmasukkan ke antena sotops π π U.cosθ sn θ. dθ. dϕ 4 π. U 4 π. U D π 4 log4 4 db U Kaaktestk #4: Gan Defns: G K-4 o G o/ ntenstasadassuatuantena ntenstasadasantenaefeensdengandayanputsama Gan Kadang-kadang Gan dan Dektvtas dnyatakan untuk aah tetentu / fungs da dagam aah. U U D ( θ, D dan G ( θ, G G dan D basanya dnyatakan dalam db D db log D [db] dan G db log G [db] G η.d eff 3 Modul KONSE DS NEN Macam-macam efeens : Isotops, η eff % dpole ½ hon, dll ( ) G D db ( db ) G... d ( db ) G... h 4 Modul KONSE DS NEN

7 Kaaktestk #5: eba Bekas (Beamwdth) Defns: sudut uang yang mewakl seluuh daya yang dpancakan, jka ntenstas adas ntenstas adas mum Seolah-olah antena memanca hanya dalam sudut uang B dengan ntenstas adas unfom sebesa 5 / θ / φ / B 4 ( θ φ ) Beamwdth Modul KONSE DS NEN π Uo D Uo B Katan Dektvtas Dengan eba Bekas Jka fungs dagam aah ntenstas adas dnyatakan oleh : 6 U Ua.f(θ, dmana Ua adalah konstanta Intenstas mum. Ua. f(θ, Intenstas ata-ata dnyatakan oleh : Uo Ua. D Uo.d Ω B Ua..d Ω.d Ω.d Ω dω f( Modul θ, φ ) KONSE DS f( NEN θ, dengan, daya yang dpancakan dω snθ.dθ.dφ D atau B f(θ, nomal fungs nomal dagam aah B f( θ, d. Ω nomal Beamwdth ehtungan Dektvtas Dengan Caa endekatan eba Bekas (dua) kasus 7. Fungs sedehana B Undectonal Dektvtas D B θ φ /. B. Fungs tdak sedehana / θ / dan φ / adalah beamwdth menuut bdang melalu sumbu manlobe Selesakan dengan caa gafs!!.d Ω dω dan Modul KONSE DS NEN / θ / φ / D Uo B Contoh: Menghtung D dengan caa eksak U.cos 6 θ θ φ θ 4 8 Modul KONSE DS NEN ; θ π/ dan φ π Ua. D Uo.d Ω D Uo B.d Ω Dengan caa eksak, ddapatkan D 4,

8 Contoh: Menghtung D dengan pendekatan leba bekas Caa gafs untuk menghtung Dektftas U.cos 6 θ ; θ π/ dan φ π Keteltan hasl pehtungan dtentukan oleh keteltan mendapatkan leba bekas ( B ) θ φ θ 4 ½.cos 6 θ /4 θ 6 o /4 cos 7, θ x 54, o / θ /4 o 4 π (57,3 ) D 4,3 o θ. ϕ (54, ) / / Dengan caa eksak, ddapatkan D 4, Da contoh d atas, dapat dlhat bahwa untuk antena undectonal dan dektvtas >, hasl pendekatan leba bekas mendekat hasl pehtungan secaa eksak! Jka batas-batas : θ θ dan φ o φ, maka : B φo θo snθ.d θ.d φ f( θ, φ ) dapat duakan sebaga bekut : φ B ) F (.f (θ) + F (.f (θ) +..dst φ θ φ θ F ( dφ. f( θ).snθ.d θ+ F ( dφ. f( θ).snθ.d θ+... dst ( konvegen ) 9 Modul KONSE DS NEN 3 Modul KONSE DS NEN Caa gafs Kaaktestk #6: olasas B a b + a b +. dst dmana a φ F(. dφ dan Selanjutnya ntegas gamba, a b ab D B θ F ( ( θ) sn θ f ( θ). dθ φ θ f b Keteltan hasl dtentukan oleh keteltan penggambaan F ( dan f (θ)snθ, seta pehtungan luasnya (dalam ketas mlmete) olasas gelombang bekatan dengan oentas vekto medan lstk yang dbangktkan saat pemancaan. Jka pemasangan antena x tdak sesua dengan polasas gelombang, maka ada yang dtema akan lebh kecl ; tejad polazaton msmatch. Untuk oentas yang sesua, maka penemaan daya akan mu ( polasas medan polasas antena ). Jka polasas medan membuat sudut ϕ dengan polasas antena, maka daya tema akan mengalam penuunan yang dnyatakan dengan F ( polazaton loss facto ) E a dmana, E vekto medan lstk Contoh : E untuk, eff ϕ 6 o F ¼ tuun 6 db ϕ 9 o F ϕ F sangat pentng untuk komunkas begeak khususnya d uang angkasa. Manfaat lan yang justu postf adalah untuk penggandaan kanal fekuens a oentas antena F ( a a ) cos ϕ E 3 Modul KONSE DS NEN 3 Modul KONSE DS NEN

9 Kaaktestk #7: empeatu ntena Semua benda jka tempeatunya K, akan meupakan pemanca nose yang spektumnya sangat leba, temasuk d kanal fekuens opeas antena empeatu antena ( ) adalah tempeatu yang mewakl antena kaena menema daya nose. Jka daya nose yang dketahu antena adalah N, maka : N k.b dengan, k konstanta Boltzman, J/ o K B N Bandwdth nose system empeatu antena dapat dhtung da bebeapa kontbus : ππ ππ S ( θ,.snθ.d θ. dφ Ω dgn, Ω GN( θ,.snθ.d θ. dφ Ω sudut uang beam antena Sumbe noseadalah G N (θ,ϕ) pola penguatan nomal : mataha, galaxy, S (θ,ϕ) bgtness tempeatu of souces atmosfe, man made haga S da clea sky (zenth) (bus, dsb ) sekta 3 o K 5 o K da aah hosontal sekta o K - 5 o K 33 da bum sekta 9 o K - 3 o K N Konsep petue ntena Modul KONSE DS NEN 34 Konsep petue ntena Konsep petue ntena. Konsep apetue antena: antena sebaga luas bdang yang menema daya da gelombang ado yang melalunya E E E H H H E E E H H H Msalkan pada antena coong. apat daya pada pemukaan coong (watt/m ), maka daya () yang behasl dseap oleh antena adalah:. cos α α aah oentas antena tehadap aah vekto apat daya. umnya oentas antena dbuat sesua polasas gelombang, sehngga tejad penemaan mum (α ) Daya yang dtangkap antena bebandng luus dengan luas apetue-nya. Dalam paktek, luas tesebut,5,7 luas sebenanya. Hal n behubungan dengan tebagnya daya da GEM menjad bagan bagan yang hlang sebaga panas, dpancakan kembal, dll. Sehngga ada bebeapa macam apetue : petue efektf, apetue ug-ug, apetue pengumpul, apetue hambu, dll ntena seolah-olah mempunya apetue yang luasnya adalah daya tesebut dbag dengan apat daya gelombang yang datang pada antena. Dnyatakan : petue antena (mete peseg) a. petue Efektf, e b. petue ug-ug, c. petue Hambu, s d. petue engumpul, c e. petue Fss, p 35 Modul KONSE DS NEN 36 Modul KONSE DS NEN

10 Model Z I Z + jx Z + jx I ( + ( ) (X X) I + ) + (X + X ) ntena dgn beban angkaan ekvalen petue ( { + + ) + (X + X ) } ) I Z Z + jx + Z Z + jx + tahanan panca tahanan ug ohmc antena tahanan temnal Modul KONSE DS NEN Mewakl apetue hambu, s Modul KONSE DS NEN Mewakl apetue ug-ug, Mewakl apetue efektf, e petue Efektf, e 39 mewakl daya yang beguna bag penemaan e. {( + + ) + (X + X ) } e menuju mum * pada oentas penemaan mum (α ), matched ( Z Z ), dan tdak ada ug-ug ohmc antena ( ) ' 4. em 4. Defns: EFFECIENESS IO ( α ), seng juga dsebut sebaga efsens antena : α e em dengan α Daya yang sampa pada penema akan kuang da, jka saluan tansms meedam, contoh antena batang pendek basa memlk tngg efektf 7 % da tngg sebenanya. petue Hambu, s (Scatteng petue) 4 S mewakl daya yang dadaskan kembal ke uang bebas S. {( + + ) + (X + X ) } Jka ( antena lossless ), dan, dan X - X (MCHED), maka s ' s appetue hambu matched Sehngga sm 4 x s atau sm 4 x em. Dalam hal n, msalnya antena dpaka sebaga elemen paast, sepet pada yag atau juga sebaga elemen pemantul, sepet pada paabolodal antena. Defns: SCEING IO, pebandngan hambu β s e β

11 petue ug-ug, mewakl daya yang hlang sebaga panas. {( + + ) + (X + X ) } petue ug-ug, C petu pengumpul adalah jumlah e, s, dan C. {( + + ) + (X + X ) } ( + + ) 4 Modul KONSE DS NEN 4 Modul KONSE DS NEN petue Fss, p petu Fss (p) meupakan luas mum tampak depan antena da aah apat daya Untuk antena dengan pemantul atau beupa celah, luas apetue fss n sangat menentukan, tap untuk bebeapa antena lannya tdak beat samasekal p π d p πd 4 p 4 d p d petue Fss, p Bemacam-Macam Nla petue Untuk Keadaan Khusus dan X X 4 e/em c 3 4 / Defns: BSOBION IO : pebandngan antaa apetu efektf mum dengan apetu fss em γ p γ 43 Modul KONSE DS NEN 44 Modul KONSE DS NEN

12 petue Fss, p petue Fss, p. ntena Dpole endek E. 8π E E η (π ) em π.e. 3 em,9 3.E. 8π,9 Jad em untuk antena dpole pendek ( <, ), besanya adalah tetap,9, tdak tegantung kepada panjangnya Modul KONSE DS NEN B. ntena Dpole / πy I I.cos πy d E.dy E.dy.cos /4 πy E d E cos dy π 73 ohm /4 atau -/4 em 4. Modul KONSE DS NEN y 4. dy +/4,3 / Dalam hal n em >> p, atau γ besa. Jka antena dbuat sangat tps, maka p sangat kecl tetap em tetap (γ ) Hubungan petu Dengan Dektvtas Hubungan apetu dengan dektvtas adalah bebandng luus, dnyatakan : D em D em Jka tdak MCHED sempuna, G Dη eff ηeff em e G η eff. D G D ηeff ηeff em e η eff α EFECIENESS IO Untuk antena sotops, D, maka : em em em sotops dketahu dengan X em ISO mengambl antena adalah dpole D D Sehngga, X pendek, 3 em dan D 3/ 8π DX em,5 X Modul KONSE DS NEN 47 Hubungan petu Dengan Dektvtas D X em X umus d atas cukup pentng untuk menghtung dektvtas antena jka apetunya dketahu!! ntena em D D (db) Isotops /(),79 Dpole 3 /(8π),9,5,76 pendek Dpole / 3 /(73π),79,64,4 Modul KONSE DS NEN 48

13 umus ansms Fs Menghtung tansfe daya da x ke x umus ansms Fs x Isotops x edaman lntasan popagas sums / syaat : a. Jaak x-x cukup jauh (pada medan jauh) ; b. Medum tdak meedam c. ak ada multpath da efleks apat daya pada penema x, ( ) :.e e dmana, daya panca pengm e apetue efektf antena penema daya yang dtema x Modul KONSE DS NEN 49 5 Modul KONSE DS NEN umus ansms Fs umus ansms Fs 5 Jka x memlk dektvtas D, maka :.e Sehngga, e e.d D e D. e.e Modul KONSE DS NEN e ebandngan tansfe daya da x ke x untuk medan jauh, medum tak meedam dan tak ada efleks edaman lntasan (path loss) jka pada x dan x dgunakan antena efeens ( umumnya sotops ) dan basa dnyatakan dalam db, p log db. log denga e e e.e n log log + f + c p 3,5 + log f MHz + log km p 9,45 + log f GHz + log km Modul KONSE DS NEN ( sotops ) edaman lntasan atau pathloss dsebut juga dengan edaman uang bebas / FS (fee space loss), tejad bukan kaena penyeapan daya tetap kaena penyebaan daya Jka tejad multpath, p beubah menjad haga efektf, (p 6 db) p eff enuunan 6 db n dapat tejad jka ada dual path yang meupakan ntefeens salng menguatkan secaa sempuna (kuat medan d x dua kal sngle path) 5

14 he End Modul KONSE DS NEN 53