LAPORAN PRAKTEK ANTENA DAN PROPAGASI JOB 2 PENGUKURAN POLA RADIASI ANTENA STANDAR
Oleh :
Nama
:
Nim
:
Kelas
:
Kelompok : Partner
: 1. 2. 3. 4. 5.
Instruktur : Ir. Jon Endri, M.T
LABORATORIUM TEKNIK TELEKOMUNIKASI POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2016
JOB 2
I.
JUDUL
: Pengukuran Pola Radiasi Antena Standar.
II.
TUJUAN : 1. Mengetahui / memahami cara pengukuran pola radiasi antenna. 2. Mengamati / mengukur daya output antenna untuk sudut pengarahan yang bervariasi. 3. Mengetahui cara menggambarkan pola radiasi antenna baik secara teoritis maupun praktis. 4. Membandingkan gambaran pola radiasi antenna praktis dengan teoritis.
III. PERANGKAT / ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN : 1. 2 Set antenna standar. 2. 1 buah RF signal generator. 3. 1 buah RF amplifier. 4. 1 buah power supply. 5. 2 buah RF spectrum analyzer. 6. Kabel-kabel dan konektor-konektor. 7. Alat-alat pendukung lainnya ; -
Mistar panjang / meteran.
-
Selotip / plester / lak ban.
-
Obeng / tang / cutter.
IV. TEORI PENDUKUNG : 4.1 Antena Standar Antena standar merupakan antenna pabrikan / antenna yang dibuat pabrik yang telah melalui pengujian laboratorium dan biasa digunakan sebagai referensi untuk mengukur antenna-antena praktis hasil desain. Antena standar ini didesain berupa antenna open dipole λ/2, dimana antenna ini mempunyai gain matematis 2,15 dB.
a
b
b
l
elemen
kabel coaxial
Gambar 1. Antena standar ( open dipole ). Keterangan :
l
: panjang elemen antenna ( λ/2 ).
a
: jarak / spasi antar kutub elemen.
b : panjang masing-masing potongan elemen antenna. 4.2 Pola Radiasi Antena Pola radiasi antenna merupakan gambaran pancaran energy radiasi antenna. Antenna standar yang berupa antenna open dipole λ/2 mempunyai pola radiasi omnidirectional. Pola seperti ini digambarkan berupa pola cincin besar yang mengelilingi batangan / elemen antenna. Pola radiasi omnidirectional ini lebih dikenal dengan istilah pola kue donat karena bentuknya seperti kue donat besar yang mengelilingi batangan / elemen antenna.
Ŵmin Z Ŵ
Pola radiasi
Ŵ
0
0
dθ
Ŵ
antena
φ
Ê
π/2
Ŵmax Y 2π
Ĥ
Ê
0
0
Ŵmax X
dφ
Ŵmin
θ π
Gambar 2. Pola radiasi antenna open dipole ( pola kue donat ). Pola cincin atau pola kue donat diatas dibentuk oleh gabungan dua pola, yaitu : 1. Pola vertical, yang berupa gambaran lingkaran cincin / lingkaran kue donat. 2. Pola horizontal, yang berupa gambaran lingkaran penampang cincin / lingkaran penampang kue donat. Pola vertical secara teoritis digambarkan berupa lingkaran yang sempurna dengan bentuk tetap, sedangkan pola horizontal digambarkan berupa lingkaran dengan bentuk yang bervariasi sesuai dengan panjang elemen antenna.
0
2π π/2
Φ
θ
π 0
π
Gambar 3. Gambaran pola vertical.
Gambar 4. Gambaran pola horizontal.
Pola radiasi secara teoritis digambarkan berupa kuat medan fungsi sudut pengarahan antenna ( W fungsi W(θ) = WmaxSinnθ
θ ),
dimana persamaannya dapat ditulis :
……….……………………………………..
1)
dimana ; W(θ) ; kuat medan fungsi θ. Wmax ; kuat medan maksimum ( pada θ = π/2 ). n = 3 untuk antenna dengan panjang elemen λ/2. = 2 untuk antenna dengan panjang elemen 3 λ/4 dan λ/4. = 1 untuk antenna dengan panjang elemen λ.
4.3
Pengukuran Pola Radiasi Seperti halnya pada pengukuran gain, pada pengukuran pola radiasi
antenna, antenna yang akan diukur dioperasikan sebagai antenna receiver sedangkan antenna transmitter selalu menggunakan antenna standar. Karena yang bervariasi adalah pola horizontal maka pada pengukuran antenna open dipole pola yang akan diukur dan digambarkan adalah pola horizontal.
Untuk menggambarkan pola radiasi antenna maka secara teoritis harus diukur kuat medan antenna, akan tetapi secara praktis pengukuran kuat medan dapat diganti dengan pengukuran daya antena, dalam hal ini adalah daya output antenna receiver. Daya output antenna tersebut diukur dengan sudut pengarahan ( θ ) yang bervariasi dalam batasan integral sudut θ tersebut.
Antena transmitter ( standar )
π
θ π/2
Antena receiver ( standar dan yang akan diukur )
0
Tinggi antena ( relatip )
Tx
Rx
Jarak antena transmitter – receiver ( relatip ) RF
RF
SA
SA
Gambar 5. Diagram dasar pengukuran pola radiasi antenna open dipole.
PRmax PRc
PRd
PRb
PRe
PRa
θc
π/2 θd
θb
PRf θe θf
θa
θ
PRmin
π
PRmin
0
Gambar 6. Gambaran pola radiasi antenna berdasarkan pengukuran daya.
Secara teoritis pola radiasi dapat digambarkan dengan persamaan : PR(θ) = PRmaxSinnθ
………………………………………………
2)
Berdasarkan hasil pengukuran / praktis maka pola radiasi antenna dapat digamabarkan dengan persamaan matriks : PR(θ) = [PRmin , PRa , PRb , PRc , PRmax , PRd , PRe , PRf , PRmin]
…….
3)
Satuan-satuan daya diatas harus dalam bentuk satuan satuan dasar seperti Watt, mWatt, μWatt, nWatt atau pWatt. V. PROSEDUR PENGUKURAN 1. Siapkan 2 ( dua ) set antenna standar. 2. Siapkan perangkat / alat-alat ukur. 3. Buat rangkaian pengukuran seperti gambar berikut ! dengan ketentuan ; Instalasi
; vertical – horizontal.
Frekuensi
;
….. MHz.
θ
Antena standar
π
Antena standar
π/2
0 ( 3 atau 4 meter )
PS
RF SG
( 30 atau 40 meter )
RF Amp
RF SA
RF SA
4. Hidupkan RF spectrum analyzer, dengan ketentuan ; Pada sisi transmitter ; Frekuensi center
; ….. MHz.
Span
;
1 MHz.
Rev level
;
20 dBm.
Pada sisi receiver ; Frekuensi center
5.
; ….. MHz.
Span
;
1 MHz.
Rev level
; - 20 dBm.
Hidupkan RF signal generator, dengan ketentuan ; Frekuensi
; …. MHz.
Amplitudo output ; 3 dBm. 6. Hidupkan RF amplifier dengan member tegangan catu s/d 20 Volt dc. 7. Amati dan catat hasil pengukuran pada spectrum analyzer sisi transmitter ( PT ). 8. Amati dan catat hasil pengukuran pada spectrum analyzer sisi receiver ( PRstandar pada sudut
θ=
900 ).
9. Putar antenna receiver dengan variasi sudut θ=
θ=
150 menuju
θ=
00 dan
1800. Amati dan catat hasil pengukuran spectrum analyzer untuk setiap
variasi sudut
θ (
PR standar pada setiap variasi sudut
θ
).
10. Ganti antenna receiver dengan variasi panjang elemen 3 λ/4 dan
λ/4.
Lakukan pengukuran seperti pengukuran pada butir 8 dan butir 9.
VI. DATA HASIL PENGUKURAN Dibuat data hasil pengukuran seperti tabel berikut. Tabel data hasil pengukuran No
Frekuensi
θ
( MHz ) 1
00
2
150
3
300
4
450
5
600
6
750
7
900
8
1050
9
1200
10
1350
11
1500
12
1650
13
1800
PT
PRstandar
( dBm )
( dBm )
PR ( dBm ) 3 λ/4
λ
VII. TUGAS 1. Hitung PR(θ) pada masing-masing antenna secara teoritis dalam satuan nWatt !. PRmax = PR pada θ= 900. 2. Buat tabel hasil perhitungan teoritis tersebut ! 3. Gambarkan pola radiasi masing-masing antenna secara teoritis !
4. Hitung PR(θ) pada masing-masing antenna dari data hasil pengukuran dalam satuan nWatt !. 5. Buat tabel hasil perhitungan dari data hasil pengukuran tersebut ! 6. Gambarkan pola radiasi masing-masing antenna berdasarkan data hasil pengukuran ! 7. Buat analisa hasil pengukuran dengan cara membandingkan pola radiasi hasil pengukuran dengan teoritis pada masing-masing antenna yang diukur.. ( Gunakan program matlab untuk menghiting PR(θ) dan menggambar pola radiasi ).
VIII. PENYELESAIAN TUGAS 1. Perhitungan PR(θ) teoritis a. Antena standar M-File n=3 PrmaxdBm=-43 teta=[0:pi./12:pi] Prmaxmili=10.^(PrmaxdBm./10) Prmaxnano=Prmaxmili*(10.^6) Prtetanano=Prmaxnano*(sin(teta).^n) polar(teta,Prtetanano)
Common Window n=3 PrmaxdBm = -43 teta = Columns 1 through 7 0
0.2618
0.5236
0.7854
1.0472
1.3090
1.5708
Columns 8 through 13 1.8326
2.0944
2.3562
2.6180
2.8798
3.1416
Prmaxmili = 5.0119e-005 Prmaxnano = 50.1187 Prtetanano = Columns 1 through 7 0
0.8689
6.2648 17.7196 32.5531 45.1680 50.1187
Columns 8 through 13 45.1680
32.5531
17.7196
6.2648
0.8689
0.0000
b. Antena 3 λ/4 M-File n=2 PrmaxdBm=-44 teta=[0:pi./12:pi] Prmaxmili=10.^(PrmaxdBm./10) Prmaxnano=Prmaxmili*(10.^6) Prtetanano=Prmaxnano*(sin(teta).^n) polar(teta,Prtetanano)
Common Window n=2 PrmaxdBm = -44 teta = Columns 1 through 7 0
0.2618
0.5236
0.7854
1.0472
1.3090
1.5708
Columns 8 through 13 1.8326
2.0944
2.3562
2.6180
2.8798
3.1416
Prmaxmili = 3.9811e-005 Prmaxnano = 39.8107 Prtetanano = Columns 1 through 7 0
2.6668
9.9527 19.9054 29.8580 37.1439 39.8107
Columns 8 through 13 37.1439
29.8580
19.9054
9.9527
2.6668
c. Antena λ M-File n=1 PrmaxdBm=-46 teta=[0:pi./12:pi] Prmaxmili=10.^(PrmaxdBm./10) Prmaxnano=Prmaxmili*(10.^6) Prtetanano=Prmaxnano*(sin(teta).^n) polar(teta,Prtetanano)
Common Window
0.0000
n=1 PrmaxdBm = -46 teta = Columns 1 through 7 0
0.2618
0.5236
0.7854
1.0472
1.3090
1.5708
Columns 8 through 13 1.8326
2.0944
2.3562
2.6180
2.8798
3.1416
Prmaxmili = 2.5119e-005 Prmaxnano = 25.1189 Prtetanano = Columns 1 through 7 0
6.5012 12.5594 17.7617 21.7536 24.2630 25.1189
Columns 8 through 13 24.2630 21.7536 17.7617 12.5594
6.5012
0.0000
2. Tabel hasil perhitungan PR(θ) teoritis No
Frekuensi
θ
( MHz )
PRstandar ( nWatt )
PR ( nWatt ) 3 λ/4
λ
1
0
0
0
0
2
15
0.8689
2.6668
6.5012
3
30
6.2648
9.9527
12.5594
4
45
17.7196
19.9054
17.7617
5
60
32.5531
29.8580
21.7536
6
75
45.1680
37.1439
24.2630
7
90
50.1187
39.8107
25.1189
8
105
45.1680
37.1439
24.2630
9
120
32.5531
29.8580
21.7536
10
135
17.7196
19.9054
17.7617
11
150
6.2648
9.9527
12.5594
12
165
0.8689
2.6668
6.5012
13
180
0
0
0
3. Gambar pola radiasi teoritis a. Antena standar 90
60
120
60 40
150
30 20
180
0
210
330
240
300 270
b. Antena 3 λ /4
90
40
120
60 30 20
150
30
10
180
0
210
330
240
300 270
c. Antena λ
90
30
120
60 20
150
30 10
180
0
210
330
240
300 270
4. Perhitungan PR(θ) dari data hasil pengukuran a. Antena standar M-File teta=[0:pi./12:pi] PrtetadBm=[-49.57 -48.91 -47.13 -46.42 -45 -44 -43 -44.74 -45 -46.11 -45.55 -43.55 -45.21] Prtetamili=10.^(PrtetadBm./10) Prtetanano=Prtetamili*(10.^6) polar(teta,Prtetanano)
Common Window teta = Columns 1 through 7 0
0.2618
0.5236
0.7854
1.0472
1.3090
1.5708
Columns 8 through 13 1.8326
2.0944
2.3562
2.6180
2.8798
3.1416
PrtetadBm = Columns 1 through 7 -49.5700 -48.9100 -47.1300 -46.4200 -45.0000 -44.0000 -43.0000 Columns 8 through 13 -44.7400 -45.0000 -46.1100 -45.5500 -43.5500 -45.2100 Prtetamili =
1.0e-004 * Columns 1 through 7 0.1104
0.1285
0.1936
0.2280
0.3162
0.3981
0.2786
0.4416
0.3013
0.5012
Columns 8 through 13 0.3357
0.3162
0.2449
Prtetanano = Columns 1 through 7 11.0408 12.8529 19.3642 22.8034 31.6228 39.8107 50.1187 Columns 8 through 13 33.5738 31.6228 24.4906 27.8612 44.1570 30.1301
b. Antena 3 λ/4 ( program matlab ) c. Antena λ/4 ( program matlab ) 5. Tabel hasil perhitungan PR(θ) dari data hasil pengukuran
No
Frekuensi
θ
( MHz )
PRstandar ( nWatt )
1
0
11.0408
2
15
12.8529
3
30
19.3642
4
45
22.8034
5
60
31.6228
6
75
39.8107
7
90
50.1187
8
105
33.5738
9
120
31.6228
10
135
24.4906
11
150
27.8612
12
165
44.1570
PR ( nWatt ) 3 λ/4
λ/4
13
180
30.1301
6. Gambar pola radiasi dari data hasil pengukuran a. Antena standar 90
60
120
60 40
150
30 20
180
0
210
330
240
300 270
b. Antena 3 λ /4 c. Antena λ 7. Analisa a. Antena standar b. Antena 3 λ /4 c. Antena λ