BAB II TEORI DASAR ANTENA.1. endahuluan Anena didefinisikan oleh kamus Webser sebagai ala yang biasanya erbua dari meal (sebagai iang aau kabel) unuk meradiasikan aau menerima gelombang radio. Definisi sandar IEEE unuk isilah anena ini menerangkan bahwa anena adalah suau cara unuk meradiasikan aau menerima gelombang radio, aau dengan kaa lain bahwa anena adalah srukur ransisi anara udara bebas dan ala pemandu, seperi diunjukkan dengan gambar.1. Ala pemandu ersebu dapa berupa kabel koaksial aau pipa berlubang (waveguide) dan hal ini dipergunakan unuk membawa energi elekromagne dari pemancar ke anena, aau dari anena ke penerima. Anena bisa dikaegorikan menjadi anena pemancar dan anena penerima. Gambar.1 Anena sebagai media ransmisi 4
5.. Macam-macam anena..1. Anena kabel (wire anena) Anena kabel sanga umum dikenal orang karena dapa diliha dimanapun, di mobil, bangunan, pesawa erbang, kapal lau dan lain-lain. Beberapa benuk anena kabel dianaranya kabel lurus (dipole), loop, dan helix sebagaimana gambar.. Loop anena idak saja berupa lingkaran namun juga bisa persegi panjang, bujursangkar, ellips aau benuk lainnya. Gambar.. Anena Kabel (Wire Anena)... Anena aperure (aperure anena) Anena aperure cukup banyak dikenal sekarang karena makin banyaknya perminaan anena dengan benuk yang lebih canggih dan dapa digunakan unuk frekuensi yang lebih inggi. Beberapa benuk dari anena aperure sebagaimana diperlihakan oleh gambar.3. Anena serupa ini sanga berguna unuk aplikasi di pesawa erbang aaupun pesawa luar angkasa, karena dapa dileakkan raa dengan permukaan pesawa erbang aaupun pesawa luar angkasa. Juga anena ini dapa diuup dengan maerial dielekrik unuk melindunginya dari kondisi lingkungan yang dapa merusak anena ersebu. Gambar.3 Anena aperure
6..3. Anena Mikrosrip (Microsrip anena) Anena ini populer di ahun ujuh puluhan unuk aplikasi pada pesawa ruang angkasa dan saa ini banyak digunakan unuk aplikasi komersial dan juga di pemerinahan. Anena ini erdiri dari pach meal pada permukaan yang di-ground-kan. ach ini bisa dalam berbagai benuk seperi yang diperlihakan di gambar.4, walaupun eap yang paling populer adalah benuk persegi panjang dan lingkaran. Hal ini dikarenakan mudahnya pembuaan dan analisa erhadap pach ersebu juga karakerisik radiasi yang cukup menarik. Anena mikrosrip sanga serbaguna berhubungan dengan frekuensi resonansi, polarisasi, pola radiasi dan juga impedansi. Gambar.4. Anena Mikrosrip..4. Anena array Banyak aplikasi yang membuuhkan radiasi yang idak dapa dicapai dari sau elemen, sehingga dimungkinkan unuk mengumpulkan elemen dengan pengauran secara elekrik aau geomeri menjadi sebuah array yang akan menghasilkan karakerisik radiasi yang diinginkan. engauran elemen bisa dengan menjumlahkan radiasi semua elemen unuk menghasilkan radiasi maksimum pada sau arah erenu dan radiasi minimum di daerah lain aau sebagaimana diinginkan. Conoh anena array bisa diliha pada gambar.5.
7 Gambar.5 Macam-macam Anena Array..5. Anena reflekor Suksesnya eksplorasi di luar angkasa menyebabkan perkembangan yang cukup berari dalam eori anena. Dikarenakan kebuuhan komunikasi dengan jarak yang sanga jauh, benuk anena yang canggihpun digunakan unuk memancarkan dan menerima sinyal yang harus menempuh jarak ribuan kilomeer. Benuk anena yang umum digunakan unuk keperluan ini adalah reflekor parabola seperi gambar.6. Gambar.6 Macam-macam Anena Reflekor..6. Anena lensa Lensa uamanya digunakan unuk membua garis sejajar energi yang erkumpul unuk mencegahnya melebar ke arah yang idak diinginkan. Dengan membenuk konfigurasi geomeri yang epa dan bahan lensa yang epa, lensa ini dapa mengubah berbagai benuk energi divergen menjadi gelombang bidang. Anena lensa diklasifikasikan berdasar maerial pembenuk anena aau berdasar benuk geomerinya. Beberapa benuk diperlihakan pada gambar.7.
8 Gambar.7 Anena Lensa.3. Karakerisik dan parameer anena Srukur pemancaran gelombang elekromagneik yang paling sederhana adalah radiasi gelombang yang diimbulkan oleh sebuah elemen arus kecil yang berubah-ubah secara harmonik. Elemen arus erkecil yang dapa menimbulkan pancaran gelombang elekromagneik iu disebu sumber elemener. Jika medan yang diimbulkan oleh seiap sumber elemener di dalam suau kondukor anena dapa dijumlahkan secara keseluruhan, maka sifa-sifa radiasi dari sebuah anena akan dikeahui. Dengan dikeahui poensial vekor A dari suau sisem, maka medan magne H dan medan lisrik E yang dipancarkan oleh sumber iu akan dapa dikeahui. Unuk medan magne H dapa diperoleh dari persamaan : H = xa (.1) Sedangkan medan lisrik E dapa diperoleh dari salah sau benuk persamaan Maxwell : xh = J + jωεe (.) Sehingga medan lisrik E unuk daerah di dalam kondukor sumber adalah : 1 E = ( xh J ) j ωε (.3)
9 Dan unuk daerah di luar kondukor di mana J = 0, maka medan lisrik E dari persamaan di aas menjadi : E = 1 xh j ωε (.4) Apabila elemen sumber dan medan radiasinya berada di dalam koordina bola, maka arah propagasi gelombangnya akan searah dengan vekor jari-jarinya. Sedangkan medan lisrik dan medan magne hanya mempunyai komponen θ aau φ, yang dalam ruang bebas akan berlaku : Iθ H θ = dan η E φ H q = (.5) η Dengan : μ h = (impedansi inrinsik medium) ε.4. ola Radiasi ola radiasi anena adalah pernyaaan grafis yang menggambarkan sifa radiasi suau anena pada medan jauh sebagai fungsi arah. ola radiasi dapa disebu sebagai pola medan (field paern) apabila yang digambarkan adalah kua medan dan disebu pola daya (power paern) apabila yang digambarkan poyning vekor. Unuk dapa menggambarkan pola radiasi ini, erlebih dahulu harus diemukan poensialnya. Dalam koordina bola, medan lisrik E dan medan magne H elah dikeahui, keduanya memiliki komponen vekor θ dan φ. Sedangkan poyning vekornya dalam koordina ini hanya mempunyai komponen radial saja. Besarnya komponen radial dari poyning vekor ini adalah : E r = 1/ (.6) η Dengan : E = E θ + E φ (resulan dari magniude medan lisrik) (.7) E θ : komponen medan lisrik θ
10 E φ : komponen medan lisrik φ h : impedansi inrinsik ruang bebas (377 W) Unuk menyaakan pola radiasi secara grafis, pola ersebu dapa digambarkan dalam benuk absolu aau dalam benuk relaif. Benuk relaif adalah benuk pola yang sudah dinormalisasikan, yaiu seiap harga dari pola radiasi ersebu elah dibandingkan dengan harga maksimumnya. Sehingga pola radiasi medan, apabila dinyaakan didalam pola yang ernormalisasi akan mempunyai benuk : F = ( θφ ) E ( θ, φ ) ( θ, φ ) (.8) Karena poyning vekor hanya mempunyai komponen radiasi yang sebenarnya berbanding lurus dengan kuadra magniudo kua medannya, maka unuk pola daya apabila dinyaakan dalam pola ernormalisasi, idak lain sama dengan kuadra dari pola medan yang sudah dinormalisasikan iu. = F ( θφ ) ( θφ ) (.9) Seringkali juga pola radiasi suau anena digambarkan dengan sauan decibel (db). Inensias medan dalam decibel didefinisikan sebagai : F db θφ ( θφ ) = 0 log F( ) ( db) (.10) Sedangkan unuk pola dayanya didalam decibel adalah : db = = (.11) ( θφ ) 10log ( θφ ) 0log F( θφ ) Semua pola radiasi di aas adalah pola radiasi unuk kondisi medan jauh. Dalam pengukuran pola radiasi, fakor jarak mempengaruhi hasil pengukuran yang baik dan elii. Semakin jauh jarak pengukuran pola radiasi yang digunakan semakin baik hasil yang diperoleh. Unuk melakukan pengukuran pola radiasi pada jarak yang benar-benar ak erhingga adalah suau hal yang ak mungkin. Unuk keperluan pengukuran ini, ada suau daerah di mana medan yang diradiasikan oleh anena sudah dapa dianggap sebagai empa medan jauh apabila jarak anara sumber radiasi dengan anena yang diukur memenuhi keenuan beriku : D r > λ (.1) r >> D dan r >> l
11 Dimana : r : jarak pengukuran D : dimensi anena yang erpanjang l : panjang gelombang yang dipancarkan sumber..4.1. Direkivias Direcive gain adalah perbandingan inensias radiasi pada suau arah dengan inensias radiasi raa-raa, yang dinyaakan sebagai beriku : U ( θ, φ) D( θ, φ) = (.13) U ave Dimana : U(θ,φ) = inensias radiasi, U ave = inensias radiasi raa-raa Direkivias adalah ukuran anena unuk mengkonsenrasikan daya radiasinya pada suau arah erenu aau merupakan harga maksimum dari direcive gain, dan hubungannya dengan kerapaan daya adalah : D S ( θ, φ) S θ, φ) = = ( θ, φ) ( raa raa rad /(4πr ) (.14) Bila G ( θ, φ) = gain, maka gain anena bila dihubungkan dengan direkivias dan kerapaan daya radiasi adalah : G ηs ( θ, φ) = ( θ, φ) = ηd ( θ, φ) = (.15) /(4πr ) aau menjadi G rad S ( θ, φ) = ( θ, φ) = (.16) /(4πr ) ada anena lossless (misalnya η=1) maka gain dan direkivias akan sama.4.. Gain Anena enggunaan anena biasanya lebih memperhaikan efisiensi dalam memindahkan daya yang erdapa pada erminal inpu menjadi daya radiasi. Unuk menyaakan ini, power gain (aau gain saja) didefinisikan sebagai 4p kali perbandingan dari inensias pada suau arah dengan daya yang dierima anena, dinyaakan dengan : U ( θ, φ) G( θ, φ) = 4 p (.17)
1 Definisi ini idak ermasuk kerugian (losses) yang disebabkan oleh keidaksesuaian impedansi (impedance missmach ) aau polarisasi. Harga maksimum dari gain adalah harga maksimum dari inensias radiasi aau harga maksimum dari persamaan di aas, sehingga dapa dinyaakan dengan : G = 4 p U m in (.18) Jika idak ada arah yang dienukan dan harga power gain idak dinyaakan sebagai suau fungsi dari q dan f, maka iu diasumsikan sebagai gain maksimum. Direkivaas dapa diulis sebagai U D 4 p m =, jika dibandingkan dengan persamaan sebelumnya, maka akan erliha bahwa perbedaan gain maksimum dengan direkivias hanya erleak pada jumlah daya yang digunakan. Direkivias dapa menyaakan gain suau anena jika seluruh daya inpu menjadi daya radiasi. Dan hal ini idak mungkin erjadi karena adanya losses pada daya inpu. Bagian daya inpu ( in ) yang idak muncul sebagai daya radiasi diserap oleh anena dan srukur yang deka dengannya. Hal ersebu menimbulkan suau definisi baru, yaiu yang disebu dengan efisiensi radiasi, dapa dinyaakan dalam persamaan sebagai beriku : r e = in dengan harga e dianara nol dan sau ( 0 < e < 1) aau ( 0 < e < 100%). r (.19) Sehingga gain maksimum suau anena sama dengan direkivias dikalikan dengan efisiensi dari anena, yang dapa dinyaakan sebagai beriku : G = e D (.0) Namun dalam prakeknya jarang gain anena dihiung berdasarkan direkivias (direciviy) dan efisiensi yang dimilikinya, karena diperlukan perhiungan yang idak mudah. Sebagai conoh pengukuran adalah dengan menempakan sebuah anena sebagai sumber radiasi, dicau dengan daya eap oleh ransmier sebesar in. Mula-mula anena sandar dengan power gain maksimum yang sudah dikeahui (G s ) digunakan sebagai anena penerima. Kedua anena kemudian saling diarahkan sehingga diperoleh daya oupu s yang maksimum pada anena penerima. Selanjunya anena sandar digani dengan anena yang akan dicari power gain-nya. Dalam posisi ini anena penerima harus
13 mempunyai polarisasi yang sama dengan anena sandar dan diarahkan sedemikian rupa agar diperoleh daya ou pu yang maksimum. Apabila pada anena sandar sudah dikeahui gain maksimumnya, maka dari pengukuran gain maksimum anena yang dicari dapa dihiung dengan : G = s (.0) Aau jika dinyaakan dalam decibel adalah : G (db) = (db) - s (db) + G s (db) (.1)