B A B 1 TEORI DASAR ANTENA
1.1 PENDAHULUAN Ante Antena na (antenna atau areal ) adalah adalah perang perangkat kat yang yang berfun berfungsi gsi untuk untuk memindahkan energi gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya dari udara ke media kabel. Karena merupakan perangkat perantara antara media kabel dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match) dengan dengan media media kabel kabel pencat pencatuny unya. a. Prinsi Prinsip p ini telah telah diteran diterangka gkan n dalam dalam saluran transmisi. Dalam perancangan suatu antena, baberapa hal yang harus diperhatikan adalah : -
bentuk dan arah radiasi yang diinginkan
-
polarisasi yang dimiliki
-
frekuensi kerja,
-
lebar band (bandwidth ), dan
-
impedansi input yang dimiliki.
Untu Untuk k ante antena na yang yang beke bekerj rjaa pada pada band band VLF, VLF, LF, LF, HF, HF, VHF VHF dan dan UHF UHF bawah, jenis antena kawat (wire antenna ) dalam prakteknya sering digunakan, seperti halnya antena dipole 1/2 λ , antena monopole dengan ground plane, antena loop, antena Yagi-Uda array, antena log periodik dan sebagainya. Antena-antena jenis ini, dimensi fisiknya disesuaikan dengan panjang gelombang dimana sistem bek beker erja. ja. Sema Semaki kin n ting tinggi gi frek frekue uens nsii kerj kerja, a, maka maka sema semaki kin n pend pendek ek panj panjan ang g gelombangnya, sehingga semakin pendek panjang fisik suatu antena. Untuk Untuk antena antena gelomb gelombang ang mikro mikro ( microwave), teru teruta tama ma SHF SHF ke atas atas,, penggunaan antena luasan (aperture antena ) seperti antena horn, antena parabola, akan lebih efektif dibanding dengan antena kawat pada umumnya. Karena antena
1
yang yang demiki demikian an mempun mempunyai yai sifat sifat pengar pengaraha ahan n yang yang baik baik untuk untuk memanc memancark arkan an gelombang elektromagnetik..
1.2 RADIASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK ELEKTROMAGN ETIK Struktur pemancaran gelombang elektromagnetik yang paling sederhana adalah radiasi gelombang yang ditimbulkan oleh sebuah elemen aus kecil yang berubah-ubah secara harmonik. Elemen arus terkecil yang dapat menimbulkan pancaran gelombang elektromagnetik itu disebut sebagai sumber elementer . Jika medan yang ditimbulkan oleh setiap sumber elementer di dalam suatu konduktor antena dapat dijumlahkan secara keseluruhan, maka sifat-sifat radiasi dari sebuah antena tentu akan dapat diketahui. Timbulnya radiasi karena adanya sumber yang berupa arus bolak-balik ini diketahui secara matematis dari penyelesaian gelombang Helmhotz. Persamaan Helmholtz tidak lain merupakan persamaan baru hasil penurunan lebih lanjut dari persam persamaan aan-per -persam samaan aan Maxwel Maxwelll dengan dengan memasu memasukka kkan n kondis kondisii lorent lorentzz sebaga sebagaii syarat syarat batasn batasnya. ya. Dari Dari hasil hasil penyel penyelesa esaian ian persam persamaan aan differr differrens ensial ial Helmho Helmholtz ltz dengan dengan menggunaka menggunakan n dyrac ditemukanlah bahwa potensial potensial dyrac Green’s Green’s function function,, ditemukanlah vektor vektor pada pada suatu suatu titik titik yang yang ditimb ditimbulk ulkan an oleh oleh adanya adanya arus arus yang yang mempun mempunyai yai distribusi arus J adalah :
Az Az =
je
− jβ R
∫ ∫ ∫ 4π R
dv 1 =
je
− jβ r −r 1
∫ 4π r − r
1
dv 1
v1
dimana :
A z
= vektor potensial pada arah z
J
= kerapatan arus
β
= bilangan gelombang (2π /λ )
R
= jarak titik pengamatan P dengan suber elementer
v’
= sumber elementer.
Volume Sumber v’
2
(1.1)
z
J
r’
R = r’ - r
P Titik pengamat
r 0
y
x
GAMBAR 1.1 VEKTOR-VEKTOR DI DALAM SISTEM RADIASI
Persam Persamaan aan di atas berlaku berlaku umum umum untuk untuk segala segala bentuk bentuk sumber sumber dan di dalam semua sistem koordinat, sehingga untuk mencari medan yang ditimbulkan oleh bermacam-macam bermacam-macam bentuk bentuk dapat dipilih sistem koordinat yang paling paling sesaui sesaui dengan bentuk antena. Dengan diketahui potensial vektor A dari suatu sistem, maka medan magnet H dan medan listrik E yang dipancarkan oleh sumber itu akan akan dapa dapatt dike diketa tahu huii pula pula.. Untu Untuk k meda medan n magn magnet et H dapa dapatt dipe dipero role leh h dari dari persamaan :
H = ∇ x A
(1.2)
Sedang Sedangkan kan medan medan listri listrik k E dapat dapat dipero diperoleh leh dari dari salah salah satu satu bentuk bentuk persam persamaan aan Maxwell :
∇ x H
= J + j ω ε E
(1.3)
Sehingga medan listrik E untuk daerah di dalam konduktor sumber adalah :
1
∇ x H – J) E = jω ( ∇ ε
(1.4)
3
Dan untuk daerah di luar konduktor di mana J = 0, maka medan listrik E dari persamaan .. menjadi :
E
1
= jω ε
∇ x H
(1.5)
Apabila elemen sumber dan medana radiasinya berada di dalam koordinat bola, maka arah propagasi gelombangnya akan searah dengan vektor jari-jarinya. Sedangkan medan listrik dan medan magnet hanya mempunyai komponen θ atau
φ , yang dalam ruang bebas akan berlaku :
Dengan
I θ
H φ φ
=
:
η =
dan
η
µ ε
H θ θ
=
E φ η
(1.6)
( impedansi intrinsik medium)
z Pr Eφ
θ R
Eθ
O
y
φ
x GAMBAR 1.2 VEKTOR MEDAN DAN POYNTING VEKTOR PADA KOORDINAT BOLA
1.
1.3 PO POLA RADIASI suatu antena antena adalah adalah pernya pernyataan taan grafis grafis Pola Pola radiasi radiasi (radiation radiation pattern) suatu
yang menggambarkan sifat radiasi suatu antena pada medan jauh sebagai fungsi
4
arah. Pola radiasi dapat disebut sebagai pola medan ( field pattern) apabila yang digambarkan adalah kuat medan dan disebut pola daya ( power pattern) apabila yang digambarkan poynting vektor . Untuk dapat menggambarkan pola radiasi ini, terlebih dahulu harus ditemukan potensial Dala Dalam m koor koordi dina natt bola bola,, meda medan n list listri rik k E dan dan meda medan n magn magnet et H tela telah h diketahui, keduanya memiliki komponen vetor θ dan φ . Sedangkan poynting nya dalam koordiant ini hanya mempunyai komponen radial saja. Besarnya vektor nya komponen radial dari poynting vektor ini adalah : E
P r r Dengan
2
= ½ η
(1.7)
:
|E|
2 = E 0
2
(res (resul ulta tan n
E φ
+
dari dari
magn magnit itud udee
meda medan n
listrik)
E θ θ
: komponen medan listrik θ
E φ φ
: komponen medan listrik φ
η
: impedansi intrinsik ruang bebas (377 Ω ).
Untu Untuk k meny menyat atak akan an pola pola radi radias asii seca secara ra graf grafis is,, pola pola ters terseb ebut ut dapa dapatt digambarkan digambarkan dalam bentuk bentuk absolut absolut atau dalam bentuk bentuk relatif. relatif. Maksud Maksud bentuk bentuk realtif adalah bentuk pola yang sudah dinormalisasikan, yaitu setiap harga dari pola radiasi tersebut telah dibandingkan dengan harga maksimumnya. Sehingga pola radiasi medan, apabila dinyatakan didalam pola yang ternormalisasi akan mempunyai be bentuk
:
P (θ ,φ ) F ( (θ , φ ) = E (θ ,φ ) max
(1.8)
Karena poynting vektor hanya mempunyai komponen radiasi yang sebenarnya berbanding lurus dengan kuadrat magnitudo kuat medannya, maka untuk pola daya daya apabil apabilaa dinyat dinyataka akan n dalam dalam pola pola ternorm ternormali alisas sasi, i, tidak tidak lain lain sama sama dengan dengan kuadrat dari pola medan yang sudah dinormalisasikan itu.
5
2
(1.9)
P ( (θ , φ ) = | F ( ( θ , φ ) |
Sering Seringkal kalii juga juga pola pola radias radiasii suatu suatu antena antena digamb digambark arkan an dengan dengan satuan satuan decibel (dB). Intensitas medan dalam decibel didefinisikan sebagai :
F ( (θ , φ
) dB
= 20 log | F ( (θ , φ
)
|
(dB)
(1.10)
Sedangkan untuk pola dayanya didalam decibel adalah :
P ( (θ , φ
) dB
= 10 log P ( (θ , φ
)
= 20 log | F ( (θ , φ
)
|
(1.11)
Jadi didalam decibel , pola daya sama dengan pola medannya. Semua pola radiasi yang dibicarakan di atas adalah pola radiasi untuk kondisi medan jauh. Sedangkan pengukuran pola radiasi, faktor jarak adalah faktor yang amat penting guna guna memper memperole oleh h hasil hasil penguk pengukura uran n yang yang baik baik dan teliti. teliti. Semaki Semakin n jauh jauh jarak jarak pengu pengukur kuran an pola pola radias radiasii yang yang diguna digunakan kan tentu tentu semaki semakin n baik baik hasil hasil yang yang akan akan dipero diperoleh leh.. Namun Namun untuk untuk melaku melakukan kan penguk pengukura uran n pola pola radias radiasii pada pada jarak jarak yang yang benar-benar tak terhingga adalah suatu hal yang tak mungkin. Untuk keperluan pengukuran ini, ada suatu daerah di mana medan yang diradiasikan oleh antena sudah dapat dianggap sebagai tempat medan jauh apabila jarak antara sumber radiasi dengan antena yang diukur memenuhi ketentuan berikut :
r
>
2 D
2
λ
(1.12)
r >> D dan r .>> λ Dimana :
r
: jarak pengukuran
6
D
λ
: dimensi antena yang terpanjang : panjang gelombang yang dipancarkan sumber.
1.3.1 Side Lobe Level Suatu contoh pola daya antena digambarkan dengan koordinat polar. Lobe utam utamaa (main adalah ah lobe lobe yang yang memp mempun unya yaii arah arah deng dengan an pola pola radia radiasi si main lobe) lobe) adal maksimum. Biasanya juga ada lobe-lobe yang lebih kecil dibandingkan dengan
main lobe yang disebut dengan minor lobe. Lobe sisi ( side lobe ) adalah lobe-lobe selain yang dimaksud. Secara praktis disebut juga minor lobe . Side lobe dapat berharga positif ataupu ataupun n negati negatif. f. Pada Pada kenyat kenyataan aannya nya suatu suatu pola pola mempun mempunyai yai harga harga komple kompleks. ks.
θ ) | atau pola daya | P( θ θ ) | Sehingga digunakan magnitudo dari pola medan | F( θ Ukuran yang menyatakan seberapa besar daya yang terkonsentrasi pada side lobe dibanding dengan main lobe
disebut Side Lobe Level (SLL), yang
meru merupa paka kan n rasi rasio o dari dari besa besarr punc puncak ak dari dari side terbesarr dengan dengan harga harga side lobe lobe terbesa maksiumum dari main lobe. Side Lobe Level (SLL) dinyatakan dalam decibel (dB), dan ditulis dengan rumus sebagai berikut :
SLL Dengan
= 20 log
F ( SLL
)
F ( maks
)
dB
(1.13)
:
F (SLL) (SLL)
: nilai puncak dari side lobe terbesar
: nilai maksimum dari main lobe F (maks) (maks) Untuk normalisasi, F (maks) (maks) mempunyai harga = 1 (satu).
1.3.2 Half Power Beam Width (HPBW) HPBW adalah sudut dari selisih selisih titik-titik pada setengah pola daya dalam
main lobe , yang dapat dinyatakan dalam rumus sebagai berikut :
7
HPBW HPBW = | θ
Dengan
lobe
θ
HPBW left
dan θ
HPBW right
HPBW left
-θ
HPBW right
|
(1.14)
: titik-titik pada kiri dan kanan dari main
dimana pola daya mempunyai harga ½ . Untuk lebih jelasnya dapat dilihat
pada gambar 1.3. Seringkali dibutuhkan antena yang mempunyai pola radiasi broad side atau end fire. Suatu antena broad side adalah antena dimana pancaran utama maksimum dalam arah normal terhadap bidang dimana antena berada. Sedangkan antena end fire adalah antena yang pancaran utama maksimum dalam arah paralel terhadap bidang utama dimana antena berada. Namun demikian ada juga antena yang mempunyai pola radiasi di mana arah maksimum main lobe berada diantara bentuk broad side dan end fire yang disebut dengan intermediate. Antena yang mempnyai pola radiasi intermediate banyak dijumpai pada phased array antenna. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 1.4.
a) BROAD SIDE b) INTERMEDIATE
GAM
BAR 1.4 MODEL POLA c)RADIASI END FIRE
1.4 DIREKTIVITAS DAN GAIN Satu gambaran penting dari suatu antena adalah seberapa besar antena mamp mampu u
meng mengko kons nsen entr tras asik ikan an
ener energi gi
pada pada
8
suat suatu u
arah arah
yang yang
diin diingi gink nkan an,,
diband dibanding ingkan kan dengan dengan radias radiasii pada pada arah arah yang yang lain. lain. Karakt Karakteri eristi stik k dari dari antena antena tersebut tersebut dinamakan dinamakan direktivita direktivitass
(directivity) dan power gain. Biasanya power
gain dinyatakan dinyatakan relatif terhadap suatu referensi referensi tertentu, tertentu, seperti seperti sumber sumber isotropis isotropis atau dipole ½ λ . Intens Intensita itass radias radiasii adalah adalah daya daya yang yang diradi diradiasi asikan kan pada pada suatu suatu arah per unitsu unitsudut dut dan mempun mempunyai yai satuan satuan watt per sterad steradian ian.. Intens Intensita itass radias radiasi, i, dapat dapat dinyatakan sebagai berikut :
= ½ Re (E x H * ) r 2
U( θ , φ )
= P r r r 2
(1.15)
= U m | F( θ , φ ) |2
U( θ , φ ) (1.16) Dimana :
P r r
= kerapatan daya
U m
:= intensitas maksimum
| F( θ , φ ) |2
= magnitudo pola medan normalisasi
Intensitas radiasi dari sumber isotropis adalah tetap untuk seluruh ruangan pada suatu harga U( θ , φ ). Dan untuk sumber non isotropis, intensitas radiasinya tidak teta tetap p pada pada selu seluru ruh h ruan ruanga gan n teta tetapi pi suatu suatu daya daya rata-r rata-rat ataa per per ster sterad adia ian, n, dapa dapatt dinyatakan sebagai berikut :
U ave ave Dengan
=
1 4π
∫ ∫
U (θ .φ ) d Ω =
:
θ d φ φ d Ω = sin θ d θ P T T : kerapatan daya total
1.4.1 Direktivitas Antena
9
P T 4π
(1.17)
Directive gain merupakan perbandingan dari intensitas radiasi pada suatu arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata, yang dinyatakan sebagai berikut :
D( θ , φ )
=
U (θ .φ ) Uave
(1.18) Dimana :
U( θ , φ ) U ave ave
= intensitas radiasi
= intensitas radiasi rata-rata
Jika Jika pembil pembilang ang dan penyeb penyebut ut dibagi dibagi dengan dengan r 2 maka maka akan akan dipero diperoleh leh rasio rasio kerapatan daya dengan kerapatan daya rata-rata. Dengan memasukkan persamaan 1.16 dan 1.17 kedalam persamaan 1.18 maka maka akan diperoleh persamaan sebagai berikut :
D (θ ,φ ) =
U m
F (θ ,φ ) = 2
∫ ∫ (θ ,φ ) d Ω 4
4π
4π
Ω A
F (θ ,φ )
2
(1.19) Dengan
:
Ω A A
.φ ) = ∫∫ F (θ
2
d
(1.20)
Sedangkan direktivitas merupakan harga maksimum dari directive gain , yang dapat dinyatakan dengan :
D
=
U m U are
=
4π
(1.21)
Ω1
1.4.2 Gain Antena Ketika antena digunakan pada suatu sistem, biasanya lebih tertarik pada bagaimana bagaimana efisien suatu suatu antena antena untuk memindahkan memindahkan daya yang terdapat pada terminal input menjadi daya radiasi. Untuk menyatakan ini, power gain (atau gain
10
saja) didefinisik didefinisikan an sebagai sebagai 4π kali rasio dari intensitas pada suatu arah dengan daya yang diterima antena, dinyatakan dengan :
U (θ .φ ) = 4 π P m
G( θ , φ ) (1.22)
Defi Defini nisi si ini ini tida tidak k term termas asuk uk losses yang yang diseba disebabka bkan n oleh oleh ketida ketidakse ksesua suaian ian impedansi (impedance missmatch ) atau polarisasi. Harga maksimum dari gain adala adalah h harg hargaa maks maksim imum um dari dari inte intens nsit itas as radi radias asii atau atau harg hargaa maks maksim imum um dari dari persamaan (1.22), sehingga dapat dinyatakan kembali :
G
= 4π
U m P m
(1.23)
Jadi gain dapat dinyatakan sebagai suatu fungsi dari θ dan φ , dan juga dapat dnyatakan dnyatakan sebagai suatu harga pada suatu arah tertentu. Jika tidak ada arah yang ditentukan dan harga power gain tidak dinyatakan sebagai suatu fungsi dari θ dan φ , diasumsikan sebagai gain maksimum.
U m Direktivatas dapat ditulis sebagai D = 4π P r
, jika dibandingakn dengan
persamaan (1.23) maka akan terlihat bahwa perbedaan gain maksimum dengan direktivitas hanya terletak pada jumlah daya yang digunakan. Direktivitas dapat menyatakan gain suatu antena jika seluruh daya input menjadi daya radiasi. Dan hal ini tidak mungkin terjadi karena adanya losses pada daya input. input. Bagian daya input (Pin) yang tidak muncul sebagai daya radiasi diserap oleh antena dan struktur yang dekat dengannya. Hal tersebut menimbulkan suatu definisi baru, yaitu yang disebut disebut dengan dengan
radiasi, dapat dinyatakan dinyatakan dalam persamaan sebagai efisiensi radiasi,
berikut :
e
=
P r P m
(1.24)
11
dengan dengan catatan bahwa bahwa harga e diantara diantara nol dan satu satu ( 0 < e < 1) atau ( 0 < e < 100%). Sehingga gain maksimum suatu antena sama dengan direktivitas dikalikan dengan efisiensi dari antena, yang dapat dinyatakan sebagai berikut :
G
(1.25)
=eD
Persamaan di atas adalah persamaan yang secara teoritis bisa digunakan untuk menghi menghitun tung g gain gain suatu suatu antena antena.. Namun Namun dalam dalam prakte praktekny knyaa jarang jarang gain gain antena antena dihitung dihitung berdasarkan berdasarkan direktivitas direktivitas ( directivity ) dan efisien efisiensi si yang yang dimili dimilikin kinya, ya, karena karena untuk mendapatkan mendapatkan directivity antena memang memang diperlukan diperlukan perhitung perhitungan an yang tidak mudah. Sehingga pada umumnya orang lebih suka menyatakan gain maksimum suatu antena dengan cara membandingkannya dengan antena lain yang diang dianggap gap sebaga sebagaii antena antena standard (denga (dengan n metode metode penguk pengukura uran). n). Salah Salah satu satu metode metode pengukuran pengukuran power maksimum um terliha terlihatt seperti seperti pada pada gambar gambar 1.5. 1.5. power gain maksim Sebuah antena sebagai sumber radiasi, dicatu dengan daya tetap oleh transmitter sebesar Pin. Mula-mula antena standard dengan power gain maksimum yang sudah diketahui (Gs) digunakan sebagai antena penerima seperti terlihat pada gambar 1.5a. Kedua antena ini kemudian saling diarahkan sedemikian sehingga diperoleh daya output Ps yang maksimum pada antena penerima. Selanjutnya dalam posisi yang sama antena standard diganti dengan antena yang hendak dicari power gainnya, sebagaimana terlihat pada gambar 1.5b. Dalam posisi ini antena penerima harus mempunyai polarisasi yang samadengan antena standard dan selanjutnya diarah diarahkan kan sedemi sedemikia kian n rupa rupa agar agar dipero diperoleh leh daya daya out put Pt yang maksimum. maksimum. Apabila pada antena standard sudah diketahui gain maksimumnya, maka dari pengukuran di atas gain maksimum antena yang dicari dapat dihitung dengan :
Gt
=
P 1
G s
P s
(1.26) Atau jika dinyatakan dalam decibel adalah :
12
Gt (dB) = P t t (dB) - P s (dB) + G s (dB)
(1.27)
Pin
Ps Gs
(a)
Pin
Pt Gt
(b)
GAMBAR 1.5 METODE PENGUKURAN GAIN ANTENA DENGAN ANTENA STANDARD (a) PENG PENGUK UKUR URAN AN
DAYA DAYA
OUT OUTPUT PUT
YANG ANG
DITE DITER RIMA IMA
OLEH OLEH
ANTE ANTENA NA
STANDARD (PS)
(b) PENGUKURAN DAYA OUTPUT YANG DITERIMA OLEH ANTENA YANG DI TEST (Pt)
1.5 IMPEDANSI ANTENA Impe Impeda dans nsii inpu inputt suat suatu u ante antena na adal adalah ah impe impeda dans nsii pada pada term termin inal alny nya. a. Impedansi input akan dipengaruhi oleh antena-antena lain atau obyek-obyek yang dekat dengannya. Untuk mempermudah dalam pembahasan diasumsikan antena terisolasi.
13
Impe Impeda dans nsii ante antena na terdi terdiri ri dari dari baga bagain in riil riil dan dan imaj imajin iner, er, yang yang dapa dapatt dinyatakan dengan :
Z inin
(1.29)
= Rin + j X inin
Resistansi input ( Rin) menyatakan tahanan disipasi. Daya dapat terdisipasi melalui dua dua cara cara,, yait yaitu u kare karena na pana panass pada pada srtu srtukt ktur ur anten antenaa yang yang berk berkai aita tan n deng dengan an pera perang ngka katt kera kerass dan dan daya daya yang yang meni mening ngga galk lkan an ante antena na dan dan tidak tidak kemb kembali ali (teradiasi). Reaktansi input ( X X inin) menyatakan daya yang tersimpan pada medan dekat dari antena. Disipasi daya rata-rata pada antena dapat dinyatakan sebagai berikut :
P inin
2 = ½ R | I in in |
I in in
: arus pada terminal input
(1.30)
Dimana :
Faktor ½ muncul karena arus didefinisikan sebagai harga puncak. Daya dissipasi dapat diuraikan menjadi daya rugi ohmic dan daya rugi radiasi, yang dapat ditulis dengan :
P in in
= P ohmic ohmic + P r r
P r r
2 : ½ Rin | I in in |
(1.31)
Dimana :
2 P ohmic ohmic = ½ Rohmic | I in in |
Sehing Sehingga ga defini definisi si resist resistans ansii radias radiasii dan resist resistans ansii ohmic ohmic suatu suatu antena antena pada pada terminal input adalah : Rin
=
2 P r
P m
Rohmic =
(1.32a)
2
(
2 P m − P r
P m
) (1.32b)
2
14
Resist Resistans ansii radias radiasii merupa merupakan kan relati relatiff terhada terhadap p arus arus pada pada setiap setiap titik titik antena antena.. Biasanya digunakan arus maksimum, dengan kata lain arus yang digunakan pada persamaan 1.30 adalah arus maksimum. Sifat ini sangat mirip dengan impedansi beb beban an pada pada teor teorii rang rangka kaia ian. n. Ante Antena na deng dengan an dime dimens nsii keci kecill seca secara ra list listri rik k mempun mempunyai yai reaktan reaktansi si input input besar, besar, sebaga sebagaii contoh contoh dipole dipole kecil kecil mempun mempunyai yai reaktansi kapasitif dan loop kecil mempunyai reaktansi induktif, Untuk memaksimumkan perpindahan daya dari antena ke penerima, maka impedansi antena haruslah conjugate conjugate match (besarnya resistansi dan reaktansi sama sama tetap tetap berlaw berlawana anan n tanda) tanda).. Jika Jika hal ini tidak tidak terpenu terpenuhi hi maka maka akan akan terjadi terjadi peman pemanula ulan n energi energi yang yang dipanc dipancark arkan an atau diterim diterima, a, sesaui sesaui dengan dengan persam persamaan aan sebagai berikut : −
Γ L Dengan
=
e1
+
e1
=
Z 1
− Z m
Z 1
+ Z m
(1.33)
: -
e L = tegangan pantul
Z L = impedansi beban
+ e L = tegangan datang
Z in in = impedansi input
Sedangkan Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) , dinyatakan sebagai berikut : 1 + Γ
(1.34)
VSWR = 1 − Γ
Dalam prakteknya VSWR harus bernilai lebih kecil dari 2 (dua).
1.6 POLARISASI ANTENA Polari Polarisas sasii antena antena didefi didefinis nisika ikan n sebaga sebagaii arah arah vektor vektor medan medan listri listrik k yang yang diradiasikan oleh antena pada arah propagasi. Jika jalur dari vektor medan listrik maju dan kembali pada suatu garis lurus dikatakan berpolarisasi linier. sebagai contoh medan listrik dari dipole ideal. Jika vektor medan listik konstan dalam panjang tetapi berputar disekitar jalur jalur lingka lingkaran ran,, dikatak dikatakan an ber Frekuesns snsii putaran putaran radian radian polarisasi polarisasi lingkaran. Frekue
15
adalah ω dan terjadi terjadi satu satu dari dari dua arah arah perput perputara aran. n. Jika Jika vektor vektornya nya berput berputar ar berlaw berlawana anan n arah jarum jarum jam dinama dinamakan kan polari polarisas sasii tangan tangan kanan kanan (right right hand
polarize) dan yang searah jarum jam dinamakan polarisasi tangan kiri ( left hand Suatu gelomb gelombang ang yang yang berpol berpolari arisas sasii ellip ellip untuk untuk tangan tangan kanan kanan dan polarize) . Suatu tangan kiri. Secara umum polarisasi berupa polarisasi ellips, seperti pada gambar 1.7 dengan suatu sistem sumbu referensi. Gelombang yang menghasilkan polarisasi ellip adalah gelombang berjalan sepanjang sepanjang sumbu z yang perputarannya dapat ke kiri kiri dan dan ke kana kanan, n, dan dan vekt vektor or meda medan n list listrik rik sesa sesaatn atnya ya e memp mempun unya yaii arah arah kompon komponen en ex dan ey sepa sepanj njan ang g sumb sumbu u x dan dan sumb sumbu u y. Harg Hargaa punc puncak ak dari dari komponen-komponen komponen-komponen tersebut adalah E 1 dan E 1.
y
ξ
E
2
τ
γ
ζ E
1
X
GAMBAR 1.7 POLARISASI ELLIPS SECARA UMUM
Sudut
γ menyatakan harga ralatif dari E1 dan E2, dapat dinyatakan sebagai
berikut :
y = arctan
E 1
(1.35)
E 2
16
Sudut kemiringan ellips τ
adalah sudut antara sumbu x dengan sudut
utama ellips. δ adalah fase, dimana dimana komponen komponen y mendahului mendahului komponen komponen x. Jika komponennya sefase ( δ =0), maka vektor akan ber polarisasi linier.
Orientasi dari polarisasi linier tergantung tergantung harga relatif dari E 1 dan E 2, jika :
terjadi polarisasi polarisasi linier linier vertikal vertikal E 1 = 0 maka terjadi terjadi polaris polarisasi asi linier linier horiso horisontal ntal E 2 = 0 maka terjadi
E 1 = E 2
maka terjadi polarisasi linier membentuk sudut 45 0
Untuk Untuk memaks memaksimu imumka mkan n sinyal sinyal yang yang diteri diterima, ma, maka maka polari polarisas sasii antena antena penerima haruslah sama dengan polarisasi antena pemancar. Dan kadang terjadi antar antaraa ante antena na pene peneri rima ma dan dan pema pemanc ncar ar berp berpol olar aris isas asii berb berbed eda. a. Hal Hal ini ini akan akan mengurangi intensitas sinyal yang diterima. Sebuah antena dapat memancarkan energi dengan polarisasi yang tidak diinginkan, yang disebut polarisasi silang ( cross polarized) . Polarisasi silang ini menimbulkan side lobe yang mengurangi gain. Untuk antena polarisasi linier, polarisasi silang tegak lurus dengan polarisasi yang diinginkan dan untuk antena polarisasi lingkaran, polarisasi silang berlawanan dengan arah perputarannya yang diingi diinginka nkan. n. Ini biasa biasa yang yang disebu disebutt dengan dengan devias deviasii dari dari polaris polarisasi asi lingka lingkaran ran sempurna, yang mengakibatkan polarisasinya berubah menjadi polarisasi ellips. Pada umumnya karakteristik polarisasi sebuah antena relatif konstan pada
main lobe. Tetapi polarisasi beberapa minor lobe berbeda jauh dengan polarisasi main lobe.
1.7 Bandwidth Antena Pemaka Pemakaian ian sebuah sebuah antena antena dalam dalam sistem sistem pemaca pemacarr atau atau peneri penerima ma selalu selalu dibata dibatasi si oleh oleh daerah daerah frekuen frekuensi si kerjan kerjanya. ya. Pada Pada range range frekuen frekuensi si kerja kerja terseb tersebut ut antena antena dituntut dituntut harus dapat dapat bekerja dengan dengan efektif efektif agar dapat menerima menerima atau
17
memancarkan gelombang pada band frekuensi tertentu. Pengertian harus dapat bekerja dengan efektif adalah bahwa distribusi arus dan impedansi dari antena pada range frekuensi tersebut benar-benar belum banyak mengalami perubahan yang berarti. Sehingga pola radiasi yang sudah direncanakan serta VSWR yang dihasilkannya masih belum keluar dari batas yang diijinkan. Daerah frekuensi kerja kerja dimana dimana antena antena masih masih dapat dapat bekerj bekerjaa dengan dengan baik baik dinama dinamakan kan bandwidth
antenna. Suatu misal sebuah antena bekerja pada frekuensi tengah sebesar f C C , namun ia juga masih dapat bekerja dengan baik pada frekuensi f 1 (di bawah f C C) sampai dengan f 2 ( di atas f C C), ), maka lebar bandwidth dari antena tersebut adalah ( f 1 antena tersebut tersebut – f 2). Tetapi apabila dinyatakan dalam prosen, maka bandwidth antena adalah :
BW
=
f 2
f 1
−
f c
x 100 %
(1.36)
Bandwidth yang dinyatakan dalam prosen seperti ini biasanya digunakan untuk menyatakan bandwidth antena-antena yang memliki band sempit (narrow band ). ). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band ) biasanya digunakan definsi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.
BW
=
f 2
(1.37)
f 1
Suatu antena digolongkan sebagai antena broad band apabila impedansi dan pola radiasi radiasi dari antena itu tidak mengalami mengalami perubahan perubahan yang berarti untuk untuk f f 2 / f 1 > 1. Batasan yang digunakan untuk mendapatkan f 2 dan f 1 adalah ditentukan oleh harga
VSWR = 1. dipengaruhii oleh luas penampang konduktor konduktor Bandwidth antena sangat dipengaruh yang yang diguna digunakan kan serta serta susuna susunan n fisikn fisiknya ya (bentu (bentuk k geomet geometrin rinya) ya).. Misaln Misalnya ya pada pada anten antenaa dipo dipole le,, ia akan akan memp mempun unya yaii bandwidth yang yang sema semaki kin n leba lebarr apab apabil ilaa penampang konduktor yang digunakannya semakin besar. Demikian pula pada antena yang mempunyai susunan fisik yang berubah secara smoth , biasanya iapun akan menghasilkan pola radiasi dan impedansi input yang berubah secara smoth terhadap perubahan frekuensi (misalnya pada antena biconical , log periodic, dan
18
sebagainya ). Selain daripada itu, pada jenis antena gelombang berjalan ( tavelling
wave) ternyata ditemukan lebih lebar range frekuensi kerjanya daripada antena resonan.
DAFTAR PUSTAKA
John D. Krous, Antenas,McGraw-Hill Antenas,McGraw-Hill Book Company ,1988.
19
20