Mata Kuliah:
ANTENA & PROPAGASI
Oleh: Budi
Aswoyo
TUJUAN TUJUA N INSTRUKSIONAL INSTRUKSIONAL UMUM (TIU) (TIU)
ü ü ü ü ü ü ü
Mengenal fungsi dan parameter-parameter parameter-parameter antena anten a Menjelaskan macam-macam antena yang sering digunakan dalam dunia telekomunikasi. telekomunikasi. Memahami Memahami prinsip kerja radiasi radiasi dari suatu antena (sebagai (sebagai dasar: dasar: antena dipole) Antena array dan mekanisme kerja Memahami Memahami mekanisme propagasi gelombang di udara Dapat merancang merancang ketinggian suatu antena dalam lintasan LOS Merancang lintasan LOS dan menentukan menentukan kinerja sistem
TUJUAN TUJUA N INSTRUKSIONAL INSTRUKSIONAL UMUM (TIU) (TIU)
ü ü ü ü ü ü ü
Mengenal fungsi dan parameter-parameter parameter-parameter antena anten a Menjelaskan macam-macam antena yang sering digunakan dalam dunia telekomunikasi. telekomunikasi. Memahami Memahami prinsip kerja radiasi radiasi dari suatu antena (sebagai (sebagai dasar: dasar: antena dipole) Antena array dan mekanisme kerja Memahami Memahami mekanisme propagasi gelombang di udara Dapat merancang merancang ketinggian suatu antena dalam lintasan LOS Merancang lintasan LOS dan menentukan menentukan kinerja sistem
SIL AB US:
§ Penda Pendahuluan huluanantena antena § Dasar asar Radiasi adiasi Antena ntena § Radiasi dipole pen pende dek k § Antena ntenaD Dipole λ /2 § Antena ntenake kelilipa patan tandip dipole oleλ /2 § Antena ntenaA Array § Antena ntenaA Array denga dengan n Fasa Fasa
Distribu istribusi si Uniform niform § Elektronik Scan Scanning ning Array
§ § § § § § § §
Eksitasi ksitasi amplitud litudo o uniform uniform Pencatua encatuan n array Dasar-dasar Popag Popagasi asi Propagasi Propagasi gelomban gelombang g Gelombang elombangLO LOS S Dasar asar Peranc erancan anga gan n Link Radio LOS Perancan Perancanaga agan n Link Radio LOS Perhitung erhitungan anlilintas ntasan an propagasi
DAFTAR PUSTAK PUSTAKA A [1] Balanis, C.A., Antenna Theory: Analysis and Design, Design, Thir Third d Edit Edition, ion, Harper & Row, New York, 2005. [2] Collin, R.E., Antennas and Radiowave Propagation, Propagation, McGraw-Hill, New York, 1985. [3] Fawwaz FawwazT.Ulaby T.Ulaby,, Fundamentals of Applied Electromagnetics, Electromagnetics, 2001 Ed., Ed., Printi Printice ce Hall Internati Internation onal, al, Inc., 2001 2001.. [4] Ishimaru, A., Electromagnetic Wave Propagation, Radiation and Scattering, Scattering, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersy, 1991. [5] Kraus, Kraus, J.D, J.D, Antennas, Antennas, 2th ed., McGraw-Hill, New York, 1988. [6] Sander, K.F. and G.A.L. Reed, Transmission and Propagation of Electromagentic Wave, Wave, 2nd ed., Cam Cambridge bridge University University Press, Cambridge, England, 1986. [7] Stutzman, W.L. and G.A. Thiele, Thiele, Antenna Theoary and Design, Design, John Wiley & Sons, New York, 1981.
ANTENA (Pendahuluan) Antena
Kabel Info masuk/ keluar
Pemancar/ Penerima
Gelombang EM
Udara
Definisi Antena Antena disebut juga Areal adalah: perangkat yang berfungsi untuk memancarkan atau menerima gelombang elektromagnetik (EM) dari media kabel ke udara atau sebaliknya udara ke media kabel. Syarat-syarat antena yang baik : ì ì ì
mempunyi efisiensi pancaran yang baik ( di atas 50 %) mempunyai impedansi input yang sesuai (matched ) dengan impedansi karakteristik kabel pencatunya (SWR < 2) dapat meradiasikan dan menerima energi gelombang radio dengan arah dan polarisasi yang sesuai dengan aplikasi yang dibutuhkan
Ilustrasi kerja Antena
Ilustrasi kerja Antena (2)
Ilustrasi kerja Antena (3)
Ilustrasi kerja Antena (5) Garis-garis medan listrik Antena
Radiasi gelombang EM
Radiasi gelombang EM
Ilustrasi kerja Antena (6)
Parameter penting Antena ì ì ì ì ì ì
Pola radiasi Polarisasi Efisiensi Gain Impedansi Input Lebar band frekuensi (Bandwidth )
Pola Radiasi Pola radiasi adalah pernyataan secara grafis yang menggambarkan sifat radiasi dari antena (pada medan jauh) sebagai fungsi dari arah arah
Dua dimensi
arah
Tigadimensi
Ilustrasi Pola Radiasi Koordinat polar (polar plot)
Antena
Pola radiasi
Keterangan Pola Radiasi (1) 1.0 0.8
Lobe sisi (side lobe)
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) ì
Beam utama (main beam) atau lobe utama (main lobe) adalah pancaran utama dari pola radiasi suatu antena
ì
Lobe kecil (minor lobes) adalah pancaran-pancaran kecil selain pancaran utama dari pola radiasi antena
ì
Lobe sisi (side lobes) adalah pancaran-pancaran kecil yang dekat dengan pancaran utama dari pola radiasi antena
ì
Lobe belakang (back lobe) adalah pancaran yang letaknya berlawanan dengan pancaran utama dari pola radiasi antena
Keterangan Pola Radiasi (3) ì
Titik setengah daya (Half power point) adalah suatu titik pada pancaran utama yang mempunyai nilai daya separoh dari harga maksimumnya.
ì
Haf power beam width (HPBW) adalah lebar sudut yang memisahkan dua titik setengah daya pada pancaran utama dari pola radiasi.
ì
Front to back ratio adalah perbandingan antara daya maksimum yang dipancakan pada lobe utama (main lobe) dan daya pada arah belakangnya
ì
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: ì
Antena Broadside = antena yang mempunyai pancaran utama (main beam ) sejajar dengan bidang yang memuat antena
ì
Antena Endfire = antena yang mempunyai pancaran utama (main beam ) sejajar dengan bidang yang memuat antena
ì
Antena Intermediate = antena yang mempunyai pancaran utama (main beam ) sejajar dengan bidang yang memuat antena
Ilustrasi Penamaan Antena Pancaran utama
Pancaran utama
90o
Bidang antena
Bidang antena
Antena endfire Antena broadside
Antena endfire
Pancaran utama 90o < sudut < 0o Bidang antena
Ilustrasi Pancaran (beam) Antena
beam antena
beam antena
daaerah cakupan (covered area )
Pola Omni Directional
Pola Directional
Bidang Pola Radiasi Penamaan bidang pola radiasi antena: ì
Bidang elevasi = pola radiasi antena yang diamati dari sudut elevasi
Bidang azimuth = pola radiasi antena yang diamati dari sudut azimuth ì Bidang E = bidang medan listrik dari pola radiasi antena ì
ì
Bidang H = bidang medan magnet dari pola radiasi antena
Bidang Elevasi dan Azimuth
Bidang elevasi
Bidang azimuth
Pola Radiasi Dipole λ/ 2
F(φ)
Bidang elevasi = Bidang E
Bidang azimuth = Bidang H
Polarisasi Antena Antena
Kabel Info masuk/ keluar
Pemancar/ Penerima
Gelombang EM
Medan listrik
Permukaan tanah/bumi
Definisi Polarisasi Antena ì
Polarisasi antena ditentukan oleh polarisasi gelombang yang dipancarkan oleh antena atau oleh efektivitas antena dalam dalam menerima gelombang
ì
Penamaan polarisasi antena ditentukan oleh arah medan listrik (E) gelombang yang dipancarkan oleh antena terhadap bidang permukaan bumi/ tanah
ì
Jika antena lebih efektif menangkap gelombang yang berpolarisasi horisontal = antena horisontal
ì
Jika antena lebih efektif menangkap gelombang yang berpolarisasi vertikal = antena vertikal
Polarisasi and Orientasi (1) Given: A cellular phone base station with a vertical dipole antenna at the top, and a cellular phone user nearby. Imagine someone in their backyard pool, talking on the phone and sunning themselves. Their cell phone is oriented such that the antenna is horizontal, as shown in the figure. Is their reception:
???
Polarisasi and Orientasi (2)
Now consider the same person, who has stood up so that their cell phone is oriented vertically, and moved so that they are directly under the base station antenna, as shown in the figure. Note that the tip of their antenna is pointing directly towards the tip of the base station antenna. Is their reception:
???
Penguatan (Gain) Antena n a r a c n a P
ì
ì
a m a t u
n a r a c n a P
a m a t u
n a r a c n a P
a m a t u
Antena 1 Antena 2 Antena 3 Jika ketiga antena mempunyai efisiensi radiasi dan daya input yang sama, maka pada arah tertentu kuat daya antena 3 lebih besar dari antena 2 lebih besar dari antena 1 Dikatakan penguatan (gain) antena 3 lebih besar dari antena 2 lebih besar dari antena 1
Efisiensi Radiasi Efisiensi radiasi ( eff ) adalah perbandingan antara daya yang diinputkan ke terminal catu ( feeder ) nya (P input ) dengan daya yang diradiasikan ( P radiasi) oleh antena Antena P input P radiasi
P radiasi eff = P input
Antena Isotropis Antena Isotropis adalah antena titik yang memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama besar Kerapatan daya ratarata pada jarak R: R P t Isotropis
Prata2 =
Pt
4πR
2
Definisi Penguatan (Gain) Antena ì
Peguatan (Gain) antena berbeda dengan gain penguat (amplifier)
ì
Peguatan (Gain) penguat (amplifier) perbandingan antara daya output dan daya input
R
P t An tena riil
ah r A
Peguatan (Gain) adalah panguatan daya radiasi yang diberikan oleh antena (riil) pada arah tertentu dibanding dengan antena isotropis
Perhitungan Gain ì
Bila pada arah tertentu mempunyai penguatan daya sebesar G , maka: Prata2 (arah tertentu) = G x
ì
Pt
4πR 2
Dan dikatakan bahwa antena tersebut mempunai gain sebesar G kali dari antena isotropis.
Gain (dB) = 10 log G
Contoh pernyataan gain
Impedansi Input ì
Impedansi Input antena adalah impedansi antena di terminal catu ( feeder ) nya
ì
Impedansi Input = perbandingan antara tegangan dan arus di terminal input atau catu (feeder)
Impedansi Input
Ilustrasi Gelombang Berdiri Gelombang datang
Antena (Zin)
Kabel (Zo) Tidak ada gelombang pantul
Zin = Zo (matched) Gelombang datang
Kabel (Zo) Ada gelombang pantul GELOMBANG BERDIRI (STANDING WAVE)
Antena (Zin) Zin = Zo (missmatched)
Pengertian SWR SWR (standing wave ratio) adalah perbandingan tegangan maksimum dan minimum gelombang berdiri Besar SWR (standing wave ratio) dapat dicari dengan persamaan :
SWR =
1 + K
K = besar koefisien
pantul (tegangan)
1 − K
0 ≤ K ≤ 1
1 ≤ SWR ≤ tak hingga Matched
Terbuka/Hubung singkat
Komentar tentang SWR
Penyesuaian Impedansi (Matching Impedance) Penyesuaian impedansi (matching impedance) adalah suatu upaya untuk menyesuaikan impedansi antena dengan impedansi karakteristik saluran Gelombang datang Rangkaian maatching impedance
Kabel (Zo) Zo
Antena (Zin) Zin
Zin = Zo (missmatched)
Lebar band frekuensi (bandwidth ) Lebar band frekuensi (bandwidth) antena adalah range frekuensi kerja dimana, antena masih dapat bekerja dengan efektif. 2,00
•
BW = f U - f L
•
R W S
BW = X •
1,0 0
f L
f C
BW
f U - f L f U
%
BW = leber band frekuensi f U = frekuensi atas f L = frekuensi bawah f U frekuensi
Contoh penampilan lebar band frekuensi
Satuan panjang gelombang Untuk menentukan ukuran suatu antena digunakan ukuran panjang gelombang atau λ (dibaca: lamda)
λ
=
3 ×10
8
f
Dengan demikian semakin tinggi frekuensi kerja suatu antena, maka dimensi antena tersebut semakin kecil
Antena Yagi
Contoh ukuran antena Yagi dalam satuan panjang gelombang (λ)
Penutup
T E R I M A K A S I H
Wassalam Wr.Wb.