Konsep Dasar Antena
-
Upload
arum-rachmapramita -
Category
Documents
-
view
272 -
download
5
description
Transcript of Konsep Dasar Antena
Modul #02
TE 3423TE 3423ANTENA DAN PROPAGASIANTENA DAN PROPAGASIANTENA DAN PROPAGASI ANTENA DAN PROPAGASI
Konsep Dasar Antenap
Program Studi S1 Teknik TelekomunikasiJurusan Teknik Elektro - Sekolah Tinggi Teknologi Telkomgg g
Bandung – 2007
Modul 2 Konsep Dasar Antena• A. Dasar pemahaman page 3• B. Teorema daya dan intensitas radio page 7• C. Karakteristik antena pemancar page 12• D. Konsep Apertur Antena page 25• E. Rumus transmisi Friis page 37• F. Polarisasi page 40• G. Temperatur antena page 41• H. Kesimpulan modul 2 page 42
2TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
A. Dasar PemahamanK S b TitikKonsep Sumber Titik
Konsep sumber titik berguna dalam lebih memudahkan perhitunganmengenai daya terima, pada medan jauh / tempat yang jauh. Antenamengenai daya terima, pada medan jauh / tempat yang jauh. Antenadianggap sebagai sumber titik karena dimensinya adalah jauh lebih kecildari jarak antara antena pengirim dengan titik observasi.
S t t b i b titikSyarat antena sebagai sumber titikmempunyai medan jauh transversalMedan magnet tegak lurus medan Elektrik z
Rapat daya P (arus daya) yang menembusbidang bola observasi mengarah radialkeluar semuanya y
r.dθrPr
Dengan ekstrapolasi, semua rapat dayanyaberasal dari volume yang sangat kecil atautitik O, tidak bergantung pada dimensi
y
x
O
r sin θ.dφ
dS = r 2 sin θ.dθ.dφ
fisiknyaφ
3TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Definisi sumber titik, Antena m em enuhi volum edengan jari jari b
A. Dasar Pemahaman
Definisi sumber titik, Sumber titik adalah titik potong semua rapat daya ditempat jauhUntuk mengetahui distribusi medan/daya di tempat jauh,
dengan jari-jari b
g y p j ,maka dilakukan pengukuran pada pada jarak R konstan.Sumber titik berlaku untuk medan jauh, denganpersyaratan : R>>λ, R>>d, dan R>>b
MO b
R
(a) sumber titik berimpit dengan pusat bola MPengukuran,
Pengukuran medan dan rapat daya, pengukuran pada
MO b
d
Pengukuran medan dan rapat daya, pengukuran padabola dengan R konstan, dengan titik pusat bolaobservasi berimpit pada “sumber titik “, dapatdilakukan pada satu titik ukur, tetapi antenanya yang
R
p p y y gdiputar satu lingkaran penuhUntuk polarisasi eliptik, perlu diukur komponennya(amplitudo dan fasa).
(b) sumber titik berjarak terhadap pusat bola M
Pengukuran fasa perlu M berimpit O, untukmenghindari beda fasa relatif.
4TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
A. Dasar Pemahaman
Teorema Resiprositas CarsonUntuk membuktikan bahwa karakteristik antena sebagai pemancarjuga berlaku pada antena sebagai penerimajuga berlaku pada antena sebagai penerima.
Asumsi dasar(a) (b)
∼ ∼
BIAVAI
BVJika, transmisi energi antara antena A dan B yang melalui medium homogen, isotropis, linear, dan
I
homogen, isotropis, linear, dan pasif, dapat dimodelkan sebagai Rangkaian-T
Antena A dan B sama
∼ ∼AV
1I
1Z 2Z BI
3Z
AI 1Z 2Z
3Z
2I
BV
Antena A dan B sama, fungsinya dipertukarkan sebagai pengirim dan penerima
VZIZ
IZpenerima.
5TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Bukti teorema Carson
A. Dasar Pemahaman
Bukti teorema Carson AV ZZ = sebagai syarat, misalkan 0ZZ AV == Dari gambar (a) : Teorema Carson
)]Z//Z(Z[V
I321
A1 +=
ZVZ.II 3A31
Teorema Carson menyatakan bahwa,
Untuk medium transmisi
)ZZZZZZ(ZZI
133221
3A
21
31B ++
=+
=
Dari gambar (b) :V
I B
yang homogen dan isotropis,
Jika suatu tegangan dipasangkan pada terminal
)]Z//Z(Z[V
I321
B2 +=
)ZZZZZZ(ZV
ZZZ.I
I 3B32A ++
=+
=
p g psuatu antena A, maka arus yang sama ( amplitudo dan fasa ) akan diperoleh pada
)ZZZZZZ(ZZ 13322121 +++
Jadi jika BA VV = , maka BA II =
terminal A seandainya tegangan yang sama
dipasangkan pada terminal B !!
6TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
B. Teorema Daya dan Intensitas Radioz
Pr
Konsep Daya Antena Isotropis• Antena isotropis hanya ada
y
r.dθrP • Antena isotropis hanya ada
secara hipothetical (teoritis)y
x
O
dS = r 2 sin θ.dθ.dφ
• Pada dasarnya semua antena tidak ada yang memiliki pancaran samax
r sin θ.dφ
memiliki pancaran sama kesegala arah (unisotropic)Asumsi dasar
• Antena, sumber dianggap titik dan ditempatkan di O• rP
r radial keluar pada setiap titik bola
• dSPr⊥ atau Sd//Pr
7TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
B. Teorema Daya dan Intensitas Radio
Penurunan rumus, Jika medium antara antena (bola) tidak meredam, juga tidakmenyerap daya, berdasarkan hukum kekekalan energi, maka :y p y , g ,
Daya yang dipancarkan sumber = Daya total yang menembus bola
DinyatakanDinyatakan,
∫ ∫∫π π
==2
rr dS.PSd.PWrr
z
Pr!!∫ ∫∫
0 0r
Sr
dimana, y
r.dθrP!!
Pr = rapat daya pada boladS = elemen luas = r2.sinθ.dθ.dφW = daya yang dipancarkan antena
y
x
O
dS = r 2 sin θ.dθ.dφxr sin θ.dφ
8TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
P l j t
B. Teorema Daya dan Intensitas Radio
Penurunan rumus selanjutnya...Penurunan Rapat Daya
k k ( d ) k k
Sehingga
Jika O adalah sumber isotropis, maka Pr (rapat daya) akan konstan untuk r konstan
r
222
rri P.r4d.d.sin.r.PSd.PW ∫ ∫∫π π
π=φθθ==rr
Sehingga,
0 0S∫ ∫∫
Maka,
WP !!24 rWPr π=
Disimpulkan bahwa rapat daya berbanding terbalik dengan r2
!!Disimpulkan bahwa rapat daya berbanding terbalik dengan r
9TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
I t it R di i (U)
B. Teorema Daya dan Intensitas Radio
Intensitas Radiasi (U)Intensitas Radiasi = daya per satuan sudut ruang
π== 4Wr.PU 2
r
Didefinisikan,
π4Dengan berbagai definisi di atas, maka dapat dituliskan ekspresi daya sebagai p p y gfungsi dari intensitas radiasi sbb :
∫ ∫∫ ∫π ππ π
Ω=φθθ=22
dUddsinUW
1 rad2 = 57,3o x 57,3o = 3283,3 deg2
∫ ∫∫ ∫ Ω=φθθ=0 00 0
d.Ud.d.sin.UW
dimana, dΩ = sinθ.dθ.dφ4πrad2 = 4π x 57,3o x 57,3o = 41253 deg2
10TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
B. Teorema Daya dan Intensitas Radio
∫ ∫∫ ∫π ππ π
Ω=φθθ=0
2
00
2
0
d.Ud.d.sin.UW !!0 00 0
D di k i t i i t it di i t kDari ekspresi diatas, dapat disimpulkan bahwa,
Daya yang dipancarkan = integrasi intensitas radiasi untuk seluruh sudut ruang 4π
Untuk ISOTROPIS : W = 4π.Uo [ Uo dalam Watt / radian2 ]: W = 41253.Uo [ Uo dalam Watt / deg2 ]
Antena Sembarang : Uo = U rata2 ( time average )Antena Sembarang : Uo = U rata2 ( time average )
11TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
C. Karakteristik Antena PemancarKarakteristik antena yang diturunkan sebagai sumber / pemancar dapatdibuktikan berlaku pula sebagai penerima, hal ini dijelaskan menurutTeorema Resiprositas CARSON
Diagram arah
Karakteristik antena :
Diagram arah
Diagram fasa
GainKarakteristik antena : Gain
Direktivitas
Lebar berkasLebar berkas
12TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Diagram Arah
C. Karakteristik Antena Pemancar
Diagram Arah Diagram arah menunjukkan karakteristik pancaran antena ke berbagai arah (pattern) pada r konstan jauh sebagai fungsi θberbagai arah (pattern), pada r konstan, jauh, sebagai fungsi θdan φ
Macam-macam
Menurut besaran
Diagram arah Medan (listrik, magnet)Diagram arah Daya ( P U )diagram arah
Menurut skala
Diagram arah Daya ( P, U )Diagram arah Fasa
Menurut skala
Diagram arah absolut (dalam besarannya)Diagram arah relatif ( terhadap refrensi )Diagram arah normal (referensi max = 1 = 0 dB)
13TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Diagram arah sebenarnya 3 dimensi tetapi biasa digambarkan sebagai
C. Karakteristik Antena Pemancar
Em φ = 0 Um θ= 0 θ = 0 θ = 0
Diagram arah sebenarnya 3 dimensi, tetapi biasa digambarkan sebagai 2 dimensi, yaitu 2 penampangnya saja yang saling tegaklurus berpotongan pada poros mainlobe
Em φ 0 UmEθ U
θ 0 θ 01
θ = 00 dB -3 dB
B
Diagram arah absolut Diagram arah relatif Diagram arah normal
Main lobe = major lobe, lobe utama ; daerah pancaran terbesarBerbagai istilah dalam diagram arah
j pSide lobe = minor lobe, lobe sisi ; daerah pancaran sampinganBack lobe = lobe belakang ; daerah pancaran belakangBEAMWIDTH = Lebar berkas ; Sudut yang dibatasi ½ daya atau -3
dB atau 0,701 medan maksimum pada MainlobeFBR = Front to Back Ratio = Main lobe / Back lobe
14TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
C. Karakteristik Antena Pemancar
(a) Lobe-lobe radiasi antena (pola pancar 3D)(b) Pl li l d di i(b) Plot linear pola daya radiasi
Sumber : Balanis, A Constantin,” Antenna Theory, Analysis and Design”, Harper & Row Publisher, 1982 (halaman 21
Beamwidth
3dB Beamwidth
Peak - 3dB
60° (eg) Peak
Peak - 3dB
TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena 17
Di F
C. Karakteristik Antena Pemancar
Diagram FasaSeperti juga pada diagram arah, dapat diambil penampang diagramfasa 3-dimensi ataupun plot linearnyafasa 3-dimensi , ataupun plot linearnya
Untuk bentuk periodik dengan frekuensi tertentu medan jauh diketahuiUntuk bentuk periodik dengan frekuensi tertentu, medan jauh diketahui selengkapnya jika diketahui :• Amplitudo Eθ sebagai fungsi dari r, θ, φ
A li d b i f i d i θ φ• Amplitudo Hφ sebagai fungsi dari r, θ, φ• Beda fasa δ antara Eθ dan Hφ sebagai fungsi dari θ, φ, dengan r
konstan• Beda fasa η antara Eθ dan Hφ terhadap harganya pada titik
referensi, sebagai fungsi dari θ, φ, dengan r konstan
18TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
C. Karakteristik Antena Pemancar
DirektivitasMerepresentasikan ‘pengarahan’ antena, semakin besar direktivitas dapat diartikan bahwa lebar berkasnya semakin sempit
Didefinisikan :
rataRataRadiasiIntensitasMaksimumRadiasiIntensitas
UoUmD
−=≡ !!
Atau,
2
2
2
EoEm
PoPm
44x
UoUmD ==
ππ
≡
19TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Jika fungsi diagram arah antena diketahui maka direktivitas dapat
C. Karakteristik Antena Pemancar
Jika fungsi diagram arah antena diketahui, maka direktivitas dapat dihitung secara eksakContoh 1 : Penghitungan direktivitas dengan cara eksak:Pers. diagram arah
U = Um.cos θ ; 0 ≤ θ ≤ π/2 & 0 ≤ φ ≤ 2π !! 0 ; θ, φ lainnya
∫ ∫π
π22Solusi,
(pers 1) (pers 2) Definisi
!!
∫ ∫ φθθθ=0 0
d.d.sincos.UmWπ
π
φθθ∫ ∫2 2
d)(dUW
W = π.Um W= 4π.Uo
[ ] [ ] ππφθ=
φθθ−= ∫ ∫222
0 0
cosUm
d)(cosdcos.UmW
Umπ= (pers 1)
D = Um/Uo= 4π/π = 4 = 6 dB
[ ] [ ]φθ−= 00cos2
Um.π= (pers 1)
20TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Gain (penguatan)C. Karakteristik Antena Pemancar
Gain (penguatan)K-4Wi Wo G = Wo/Wi
Didefinisikan,
antenasuatumaksradiasiintensitasUmsamainputdayadenganreferensiantenamaksradiasiintensitas
antenasuatumaksradiasiintensitasUmrUmG =≡
Macam-macam referensi :Isotropis, ηeff = 100%dipole ½ λhorn, dll
rugiisotropisantenamaksradiasiintensitasantenasuatumaksradiasiintensitas
tanpa=≡
UmrUmG
Untuk referensi antena isotropis,
samainputdayadengangp p
21TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Ilustrasi Gain Antena (Pemancar/Penerima)
Satuan: dBd and dBi
Ideal radiating dot source(lossless radiator)
0dBd = 2 15 dBi
2.15dB
Di l
0dBd = 2.15 dBi
TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena 22
Dipole
C. Karakteristik Antena Pemancar
Hubungan antara gain dengan diversitas
D.G effη= !!effη
Jika ηeff = 100% ( Isotropis ),Gain = Direktivitas
!!
Kadang-kadang Gain dan Direktivitas dinyatakan untuk arah tertentu / fungsi dari diagram arah.
U UDUmU),(D =φθ dan G
UmU),(G =φθ
G dan D biasanya dinyatakan dalam dB
DdB = 10 log D [dB] dan GdB = 10 log G [dB] tergantung antena referensi (dBi, dBd)
23TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Luas Berkas / Lebar Berkas/ Beam Area
C. Karakteristik Antena Pemancar
Luas Berkas / Lebar Berkas/ Beam AreaAdalah sudut ruang yang mewakili seluruh daya yang dipancarkan, jika intensitas radiasi = intensitas radiasi maksimum
atau, Seolah-olah antena memancar hanya dalam sudutSeolah olah antena memancar hanya dalam sudut ruang B dengan intensitas radiasi uniform sebesar Um W = B.Um
Kaitan Antara Direktivitas Dengan Lebar Berkas
Jik f i di h i t it di i di t k l h( Perhitungan pendekatan !! )Jika fungsi diagram arah intensitas radiasi dinyatakan oleh :
U = Ua.f(θ,φ) dimana Ua adalah konstantaUntuk intensitas maksimum dinyatakan oleh :
Um = Ua. f(θ,φ)maks
y
24TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Intensitas rata rata di t k l h
C. Karakteristik Antena Pemancar
Intensitas rata-rata dinyatakan oleh :
π
Ωφθ=
π= ∫∫
4
d).,(f.Ua
4WUo
dengan, W = daya yang dipancarkandΩ = sinθ.dθ.dφππ 44 φ
Dari definisi, kemudian direktivitas dapat dinyatakan oleh :
maks 4),(f.UaUmD πφθ Lihat definisi
maks
maks
),(fd).,(fd).,(f
),(UoUD
φθΩφθπ
=Ωφθ
φ==
∫∫∫∫sebelumnya !!
B4D π
=Jika
Maka, Uo4W π= dan B.UmW =
,
Ωφθ
φθ=
φθ
Ωφθ= ∫∫∫∫ d
),(f
),(f
),(f
d).,(fB
maksmaks!! B
4UoUmD π
=≡ !!φθφθ ),(f),(f maksmaks
25TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
∫∫∫∫
C. Karakteristik Antena Pemancar
Ωφθ
φθ=
φθ
Ωφθ= ∫∫∫∫ d
),(f
),(f
),(f
d).,(fB
maksmaks Dapat juga dinyatakan
Ωφθ= ∫∫ d.),(fB normal
f(θ φ) = fungsi normaldinyatakan... f(θ,φ)normal = fungsi normal diagram arah
Perhitungan Direktivitas Dengan Cara Pendekatan Lebar Berkas
2 (dua)
A. Fungsi sederhana• Unidirectional• Direktivitas ≥ 10 2/12/1 .
4B4D
φθπ
≈π
= !!2 (dua) kasus
B Fungsi tidak sederhana
θ1/2 dan φ1/2 adalah beamwidth menurut 2 bidang ⊥ melalui sumbu mainlobeB. Fungsi tidak sederhana
Selesaikan dengan cara grafis !!
φθΩφθ ∫∫∫∫ d),(fd).,(f 4UmD π
=≡ !!!! Ωφθ
φ=
φθ
φ= ∫∫∫∫ d
),(f
)(
),(f
)(B
maksmaks
dan BUoD =≡ !!!!
26TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
C t h 2 M hit D d d k t l b b k
C. Karakteristik Antena Pemancar
Contoh 2 : Menghitung D dengan pendekatan lebar berkas
U = Um.cos6θ ; 0 ≤ θ ≤ π/2 dan 0 ≤ φ ≤ 2π
½ U U 6 θ
41θ1
½ Um = Um.cos6 θ1/4o61
4/1 01,2721cos ==θ −
21θ
21
21
θ1/2 = 2 x θ1/4 = 54,02o Φ1/2 = θ1/2 = 54,02o
3,14)3,57(442
2
≈×
==o
D ππ
φ
3,14)02,54(. 2
2/12/1oD
φθ
Dengan cara eksak, didapatkan D = 14,00
Dari contoh di atas, dapat dilihat bahwa untuk antena unidirectional dan direktivitas > 10, hasil pendekatan lebar berkas mendekati hasil perhitungan secara eksak !p g
27TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
C. Karakteristik Antena Pemancar
Cara Grafis Untuk Menghitung DirektivitasKetelitian hasil perhitungan ditentukan oleh ketelitian mendapatkan lebar berkas ( B )berkas ( B )
Jika batas-batas : θ0 ≥ θ ≥ 0 dan φo ≥ φ ≥ 0, maka :
φ θ φθo o )(f∫ ∫φ
φθθφθφθ
=o o
0 0 maks
d.d.sin),(f
),(fBdapat diuraikan sebagai berikut :
maks),(f),(f
φθφθ = F1(φ).f1(θ) + F2(φ).f2(θ) + ………..dst
φ θ φ θ
∫ ∫ ∫ ∫φ θ φ θ
+θθθφφ+θθθφφ=0 0 0 0
0 0 0 02211 dst......d.sin).(f.d)(Fd.sin).(f.d)(FB
( konvergen )
28TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
π4
C. Karakteristik Antena Pemancar
B = a1b1 + a2b2 + …. dst = ∑ π=⇒
iii B
4Dba
φ0 θ0
dimana
∫φ
φφ=0
0ii d).(Fa ∫ θθ=
0ii d).(fbdan
Selanjutnya integrasi gambar,Selanjutnya integrasi gambar,
ai
bi)(Fi φ θθ sin)(fi Ketelitian hasil
ditentukan oleh ketelitiani ditentukan oleh ketelitian penggambaran Fi(φ) dan fi(θ)sinθ, serta perhitungan luasnya
0 φ0 0 θ0
p g y(dalam kertas milimeter)
29TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
D. Konsep Aperture AntenaKonsep aperture antena berasal dari anggapan bahwa antena sebagai luas bidangonsep ape tu e antena be asal da i anggapan bahwa a te a sebagai luas bida gyang menerima daya dari gelombang radio yang melaluinya
• Misalkan pada antena corong.Rapat daya pada permukaan corong P( tt/ 2) Jik l t d t
Er
Er
Er
Er
Er
Er
Pr
(watt/m2). Jika mulut corong dapatmenerima daya melalui mulut A semuanya,maka daya yang berhasil diserap olehantena dari gelombang EM adalah :
A
rWHr
Hr
Hr
Hr
Hr
Hr
Pr
Pr
Wr = APrr
• = P.A cos αdengan α adalah arah orientasi antenaterhadap arah vektor rapat daya. Umumnya
i t i t dib t i l i iH H H P orientasi antena dibuat sesuai polarisasigelombang, sehingga terjadi penerimaanmaksimum (α’ = 0)
• Jadi “ Daya yang ditangkap antena berbanding lurus dengan luas aperture-nya”• Jadi Daya yang ditangkap antena berbanding lurus dengan luas aperture nya .Dalam praktek, luas tersebut 0,5 – 0,7 luas sebenarnya. Hal ini berhubungan denganterbaginya daya dari GEM menjadi bagian –bagian yang hilang sebagai panas,dipancarkan kembali, dll.Sehingga ada beberapa macam aperture : Aperture efektif, aperture rugi-rugi,Se gga ada bebe apa aca ape tu e : Aperture efektif, aperture rugi rugi,aperture pengumpul, aperture hambur, dll
30TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
• Jika suatu antena menerima daya, maka dapat dibayangkan antena seolah-olah
D. Konsep Aperture Antena
mempunyai aperture yang luasnya adalah daya tersebut dibagi dengan rapat dayagelombang yang datang pada antena. Dinyatakan :
WA PWA= (meter persegi)
a Aperture Efektifa. Aperture Efektif
b. Aperture Rugi-Rugi
Aperture antena
c. Aperture Hambur
d. Aperture Pengumpul
e. Aperture Fisis
31TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
IJika antena ditempatkan pada medan
D. Konsep Aperture Antena
Pr
TZAZ
TZV
EM dan dibebani oleh bebanterminasi TZ . Untuk harga-harga rmsdari arus, tegangan, maka :
Antena dgn Rangkaian
V
TA ZZVI+
=AAA jXRZ +=TTT jXRZ +=
Antena dgn beban
Rangkaian ekivalenLrA RRR +=
Rr = tahanan pancarRL = tahanan rugi ohmic antena
2TA
2TLr )XX()RRR(VI
++++=
L ta a a ug o c a te a
2TA
2TLr
2
)XX()RRR(RVW
++++=
RIW 2=
TATLr )()( TATLr )()(
{ }22
2
)XX()RRR(PRV
PWAperture
++++== { }TATLr )XX()RRR(PP ++++
32TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Kasus-Kasus
D. Konsep Aperture Antena
A. Aperture Efektif• RT mewakili daya yang berguna bagi penerimaan, sehingga :
2
{ }2TA
2TLr
T2
T
)XX()RRR(.PRV
PWAe
++++==
• Ae mencapai harga maksimum pada orientasi penerimaan maksimum (α = 0 ),Ae mencapai harga maksimum pada orientasi penerimaan maksimum (α 0 ), matched ( ), dan tidak ada rugi-rugi ohmic antena ( RL= 0 )*
AT ZZ =
T
RPV
RPV
PWAem
44' 22
===Tr RPRPP .4.4
• Effectiveness Ratio ( η ) , sering juga disebut sebagai efisiensi antena :
d 0≤ ≤ 1Aeη dengan 0≤ η ≤ 1
Daya yang termanfaatkan / sampai pada pesawat penerima akan kurang dari WT, jika saluran transmisi memberikan redaman, contoh antena batang pendek biasa memiliki
j f k if 70 % d i j b
AemAe=η
panjang efektif 70 % dari panjang sebenarnya.
33TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
B Aperture Hambur (Scattereing Apperture)
D. Konsep Aperture Antena
B. Aperture Hambur (Scattereing Apperture)
r2
S RVWA
• Rr mewakili daya yang diradiasikan kembali ke ruang bebas
{ }2TA
2TLr
rSS )XX()RRR(.PP
A++++
==
• Jika RL = 0 ( antena lossless ), dan Rr = RT, dan XT = - XA (MATCHED), maka
T
2
r
2
R.P4V
R.P4V'As == As’ = apperture hambur matched
Sehingga Asm = 4 x As’ atau Asm = 4 x AemSehingga Asm = 4 x As atau Asm = 4 x Aem.Dalam hal ini, misalnya antena dipakai sebagai elemen parasit,seperti pada yagi atau juga sebagai elemen pemantul, seperti padaparaboloidal antena.
• SCATTERING RATIO, perbandingan hambur
AeAs=β 0 ≤ β ≤ ∞Ae β
34TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
D. Konsep Aperture Antena
C. Aperture Rugi-Rugi ( Loss Apperture )• RL mewakili daya yang hilang sebagai panas, sehingga :
{ }2TA
2TLr
L2
LL )XX()RRR(.P
RVP
WA++++
==
D. Aperture Pengumpul (Collector Apperture )
• Apertur pengumpul adalah jumlah Ae, As, dan AL
{ }22TLr
2
C)RRR(VA ++
= { }2TA
2TLr
C )XX()RRR(.PA
++++
35TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
E. Aperture Fisis ( Loss Apperture )
D. Konsep Aperture Antena
• Apertur Fisis (Ap) merupakan luas maksimum tampak depan antena dari arah rapat daya
• Untuk antena dengan pemantul atau berupa celah luas aperture fisis ini• Untuk antena dengan pemantul atau berupa celah, luas aperture fisis ini sangat menentukan, tapi untuk beberapa antena lainnya tidak berarti samasekali
Pr
Ap L
PPr
4dAp
2π=
2
d Ap = Ld
Pr
4
4DAp
2π=
• ABSORBTION RATIO : perbandingan antara apertur efektif maksimum dengan apertur fisis
Aem=γ ∞≤γ≤0
Ap=γ ∞≤γ≤0
36TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
B M Nil i A t U t k K d Kh
D. Konsep Aperture Antena
Bermacam-Macam Nilai Aperture Untuk Keadaan Khusus0R L = dan TA XX −=
4Ae/Aem
RTRr 1 Ac
1 2 3 4RT/Rr
37TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Beberapa Contoh Apertur
D. Konsep Aperture Antena
Beberapa Contoh AperturA. Antena Dipole Pendek
0,119λ2
L.EV =22L80π
T
2
r
2
R.P4V
R.P4VAem ==
λ2rL80R
λπ
=
EEP22
== Tr R.P4R.P4)120(
P0 πη
20,119λ=πλ
=λπ
=83
L.E.320L.E..120Aem
2
22
222
Jadi Aem untuk antena dipole pendek ( L < 0,1 λ ), besarnya adalah tetap 0,119λ2, tidak tergantung kepada panjangnya
38TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
B. Antena Dipole 1/2 λ
D. Konsep Aperture Antena
p /y
dy-λ/4 +λ/4λπ
=y2cos.II 0
πy2dEdEdV dyRT
-λ/4 +λ/4λ
==ycos.dy.Edy.EdV 0
∫ ∫λ
πλ
=λπ
==4/
00
Edyy2cosE2dVV 20 13λ===22 VVAemπλ0
Rr = 73 ohm0,13λ===
Tr R.P4R.P4Aem
λ/4 atau
Dalam hal ini Aem >> Ap, atau γ besar. Jika antena dibuat sangat λ/2
p, γ gtipis, maka Ap sangat kecil, tetapi Aem tetap (γ ∞ )
39TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Hubungan Apertur Dengan Direktivitas
D. Konsep Aperture Antena
Hubungan Apertur Dengan Direktivitas• Hubungan apertur dengan direktivitas adalah berbanding lurus, dinyatakan :
11 AemD=
22 AemD=
• Jika tidak MATCHED sempurna, AADG
G = ηeff. D2
1
22eff
11eff
2eff2
1eff1
2
1
AeAe
AemAem
DD
GG
=×η×η
=ηη
=
η = α = EFECTIVENESS RATIOηeff = α = EFECTIVENESS RATIO
• Untuk antena isotropis, D = 1 , maka :
X2 AemAemAemAem isotropis diketahui dengan mengambil
X
X
2
2ISO DD
Aem ==
4π !!Sehingga,
antena 2 adalah dipole pendek,
22 8
3Aem λπ
= dan D2 = 3/2 = 1,5
X2X Aem4Dλπ
= !! 8π
40TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
4
D. Konsep Aperture Antena
X2X Aem4Dλπ
=
Rumus di atas cukup penting untuk menghitung direktivitas antena jika aperturnya diketahui !!
Antena Aem D D (dB) Isotropis λ2/(4π) = 0,79λ2 1 0 Dipole 3λ2/(8π) = 0,119λ2 1,5 1,76 Dipole pendek
3λ /(8π) 0,119λ 1,5 1,76
Dipole λ/2 30λ2/(73π) = 0,79λ2 1,64 2,14
41TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
E. Rumus Transmisi FriisTujuanTujuan
Menghitung transfer daya dari Tx ke Rx
RxTxIsotropis
Rx
• Asumsi / syarat :a. Jarak Tx-Rx cukup jauh (pada medan jauh) ; b. Medium tidak meredamc Tak ada multipath dari refleksi
λ≥2L2r
c. Tak ada multipath dari refleksi
• Rapat daya pada penerima Rx, ( Pr ) :
W TWAAPW2
Tr r4
WPπ
= 2T
RRrR r4AeAe.PWπ
==
dimana,W = daya pancar pengirim
AeR = aperture efektif antena penerimaW = daya yang diterima RxWT daya pancar pengirim WR daya yang diterima Rx
42TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
Jik T iliki di k i i D k
E. Rumus Transmisi Friis
• Jika Tx memiliki direktivitas DT, maka :
2R
TTR r4AeW.DW
π=2
TRRrR r4
WAeAe.PWπ
==Sehingga,
2TRR
4D.Ae
WW
=T2T Ae4D
λπ
=
22TRR Ae.Ae
WW
λ=2
T r4W π 22T rW λ
=TW
W• Perbandingan transfer daya dari Tx ke Rx untuk medan jauh, =RW
g y j ,
medium tak meredam dan tak ada refleksi
W R d li t ( th l ) jik d T d R di k=T
RW
W• Redaman lintasan (path loss) jika pada Tx dan Rx digunakan
antena referensi ( umumnya isotropis ) dan biasa dinyatakan dalam dB,
43TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
⎞⎛ W
E. Rumus Transmisi Friis
Redaman Lintasan: ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
R
T
WWlog10Lp dB
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛ λ
=22 r.log10 dengan λAeAe
2( isotropis )⎟⎟
⎠⎜⎜⎝
=RT Ae.Ae
log10 denganπ
==4
AeAe RT( isotropis )
⎥⎥⎤
⎢⎢⎡
++⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ π
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛λπ
= 2222
rf4log10r4log10⎥⎦⎢⎣ ⎠⎝⎠⎝ λ c
Lp = 32,5 + 20 log fMHz + 20 log rkm
Lp = 92 45 + 20 log f + 20 log rLp = 92,45 + 20 log fGHz + 20 log rkm
• Redaman lintasan atau pathloss disebut juga dengan redaman ruang bebas / FSL (free space loss), terjadi bukan karena penyerapan daya tetapi karena penyebaran daya
(Lp – 6 dB) ≤ Lpeff ≤ ∞• Jika terjadi multipath, Lp berubah menjadi harga efektif,
• Penurunan –6 dB ini dapat terjadi jika ada dual path yang merupakan interferensi saling k (k d di d k li i l h)menguatkan secara sempurna (kuat medan di Rx dua kali single path)
44TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
F. PolarisasiA h i t i d l kt ik (E) di b t l i iArah orientasi medan elektrik (E) disebut polarisasi
Vertical Horizontal
TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena 45
+ 45degree slant - 45degree slant
F. Polarisasi
V/H (Vertical/Horizontal) Slant (+/- 45°)
TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena 46
F. PolarisasiBeberapa hal tentang polarisasi,• Polarisasi gelombang berkaitan dengan orientasi vektor medan listrik yang
dibangkitkan saat pemancaran.• Jika pemasangan antena Rx tidak sesuai dengan polarisasi gelombang, maka ada
yang diterima akan lebih kecil ; terjadi “ polarization mismatch “
Beberapa hal tentang polarisasi,
yang diterima akan lebih kecil ; terjadi “ polarization mismatch “.• Untuk orientasi yang sesuai, maka penerimaan daya akan maksimu
( polarisasi medan = polarisasi antena ).• Jika polarisasi medan membuat sudut ϕ dengan polarisasi antena, maka daya
t i k l i di t k d PLF ( l i titerima akan mengalami penurunan yang dinyatakan dengan PLF ( polarizationloss factor )
REr
Aar dimana,=RE
rvektor medan listrik
Contoh :untuk,
ϕ = 60o PLF = ¼ WR turun 6 dBffReE
rϕ R
=Aar
orientasi antena
( ) ϕ=•= 22 cosaaPLFrr
ϕ R
ϕ = 90o PLF = 0 WR = 0
PLF sangat penting untuk komunikasi bergerak khususnya di ruangangkasa. Manfaat lain yang justru positif adalah untuk penggandaan
( ) ϕ=•= AER cosaaPLF
g y g j p p ggkanal frekuensi
47TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
F. Polarisasi
Apakah antena penerima bisa menagkap sinyal ? Jelaskan !
TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena 48
G. Temperatur Antena• Semua benda jika temperaturnya ≠ 0° K, akan merupakan pemancar noise yang
spektrumnya sangat lebar, termasuk di kanal frekuensi operasi antena• Temperatur antena ( TA ) adalah temperatur yang mewakili antena karena
menerima daya noise. Jika daya noise yang diketahui antena adalah NR, maka :N
N
RA B.k
NT =
dengan ,k = konstanta Boltzman = 1 38 10-23 J/oKk konstanta Boltzman 1,38.10 J/ K
BN = Bandwidth noise system• Temperatur antena dapat dihitung dari beberapa kontribusi :
∫ ∫ππ21
∫ ∫ππ2
∫ ∫ φθθφθΩ
=0 0
SA
A d.d.sin).,(T1T dgn, ∫ ∫ φθθφθ=Ω0 0
NA d.d.sin).,(G
ΩA = sudut ruang beam antenaSumber noise adalah :matahari, galaxy,
GN(θ,ϕ) = pola penguatan normalTS(θ,ϕ) = brigtness temperatur of sourcesharga TS dari clear sky (zenith) sekitar 3oK ≈ 5oK
dari arah horisontal sekitar 100oK - 150oK
atmosfer, man made (busi, dsb )
dari arah horisontal sekitar 100 K 150 Kdari bumi sekitar 290oK - 300oK
49TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
H. Kesimpulan Modul 21. Konsep sumber titik berguna dalam lebih memudahkan perhitungan mengenai
daya terima, pada medan jauh / tempat yang jauh. Antena dianggap sebagai sumber titik karena dimensinya adalah jauh lebih kecil dari jarak antara antena
i i d i ik b ipengirim dengan titik observasi2. Teorema Resiprositas Carson digunakan untuk membuktikan bahwa karakteristik
antena sebagai pemancar berlaku juga pada antena sebagai penerima
3. Hubungan antara daya W dengan rapat daya Pr ,
W∫ ∫∫π π2rr
2r r4WP
π=∫ ∫∫ ==
0 0r
Sr dS.PSd.PW untuk antena isotropis
4. Intensitas radiasi adalah daya persatuan sudut ruang, didefinisikan sebagai : y p g, g
π== 4Wr.PU 2
r
5. Diagram arah menunjukkan karakteristik pancaran antena ke berbagai arah g j p g(pattern), pada r konstan, jauh, sebagai fungsi θ dan φ
50TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
6 Rumus rumus untuk gain dan direktivitas
H. Kesimpulan Modul 2
6. Rumus-rumus untuk gain dan direktivitas,
rataRataRadiasiIntensitasMaksimumRadiasiIntensitas
UoUmD
−=≡
2
2
EoEm
PoPm
44x
UoUmD ==
ππ
≡
7. Adalah sudut ruang yang mewakili seluruh daya yang dipancarkan, jika intensitas di i i t it di i k i t S l h l h t h
D.G effη=
radiasi = intensitas radiasi maksimum atau Seolah-olah antena memancar hanya dalam sudut ruang B dengan intensitas radiasi uniform sebesar Um W = B.Um
8 Konsep aperture antena berasal dari anggapan bahwa antena sebagai luas bidang8. Konsep aperture antena berasal dari anggapan bahwa antena sebagai luas bidangyang menerima daya dari gelombang radio yang melaluinya
{ }22
2
)XX()RRR(PRV
PWAperture == X2X Aem4D π
=
9. Redaman lintasan transmisi Friis, { }2
TA2
TLr )XX()RRR(PPp
++++ X2X λ
Lp = 32,5 + 20 log fMHz + 20 log rkmp g MHz g km
51TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena
H. Kesimpulan Modul 2
10.Polarisasi antena menunjukkan karakteristik antena dan merupakan arah orientasi vektor medan listrik yang dibangkitkan saat pemancaran. Rugi karena polarisasi dinyatakan oleh Polarization Loss Factor (PLF),
( ) ϕ=•= 22 cosaaPLFrr RE
rAar
ϕ( ) ϕ=•= AER cosaaPLF
ffReEr
ϕ
11. Temperatur antena menunjukkan kinerja antena terhadap noise termal. Antena yang baik tentunya memiliki tempeatur yang rendah.
52TE3423 - Antena dan Propagasi - Konsep Dasar Antena