1 / 86

Dasar-Dasar Antena

Dasar-Dasar Antena. Teddy Purnamirza Jurusan T. Elektro UIN Suska Riau ( Sebagian besar materi kuliah ini bereferensi ke www.antena-theory.com). Apa itu antena. Pasti sudah tahu .. Biasanya kita familiar dengan antena TV, antena radio, antena parabola, antena hp?, dll

inigo
Télécharger la présentation

Dasar-Dasar Antena

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Dasar-DasarAntena Teddy Purnamirza Jurusan T. Elektro UIN Suska Riau (Sebagianbesarmaterikuliahinibereferensike www.antena-theory.com)

  2. Apaituantena • Pastisudahtahu.. • Biasanyakita familiar denganantena TV, antena radio, antena parabola, antena hp?, dll • Antenaadalahsuatuperangkat yang mengubahsinyallistrikmenjadisinyalgelombangelektromagnetik, sehinggasinyaltersebutdapatdisalurkanlewatruangbebas, atausebaliknya. Penerima Pengirim

  3. Frekuensi • Konsep yang sangatpentingdalamteoriantena • Antenamengirimdanmenerimagelombangelektromagnetik (GEM) • Contoh GEM adalahsinyal yang diterima/dikirim hp, termasukjugacahaya • Mata kitasebenarnyaadalahantena yang menerima GEM cahayapadafrekuensitertentu • Frekuensitertentuinidilihatolehmatasebagaiwarna

  4. Frekuensi • Semua GEM berpropagasidengankecepatan yang samadiudara. Dgnkec 300.000 km/detikatauditulis 3 x 108 km/detik • GEM adalahmedanlistrik yang bercampurdenganmedan magnet yang menjalardimediaumapasaja, dalambentukapapun • GEM dasaradalah sinus • GEM bervariasiterhadapposisidanterhadapwaktu

  5. Frekuensi • Gelombangperiodik, yang berulangsetiapT detik • Gelombangperiodik, yang berulangsetiap meter • Frekuensiadalahjumlahsiklusgelombangselama 1 detik • Hubunganf = 1/T • Seberapacepatorangberjalanditunjukkanolehlangkah (panjanggelombang) dikalikanlajumerekamelangkah (frekuensi), makaditulis : • c= f 

  6. Frekuensi • Karenakecepatan GEM samapadasuatu medium, makasemakinbesarfrekuensimakaakansemakinkecilpanjanggelombang, atausebaliknya • Semuabentuksinyal, sebenarnyaadalahgabungandarisinyal-sinyal sinus yang memilikifrekuensi yang berbeda-beda.

  7. Frekuensi • Sinus dengan T=2*pi danamplituda 0.3

  8. Frekuensi • Frekuensisinyal 2 kali sinyalpertama

  9. Frekuensi • Frekuensisinyal 3 kali sinyalpertama

  10. Frekuensi • Frekuensisinyal 4 kali sinyalpertama

  11. Frekuensi • Teoriinibenaruntukseluruhbentuksinyal • Secaraumum, GEM tidakterdiridarisejumlahfrekuensi yang diskrit, tapilebihberupajangkauanfrekuensi yang kontinyu • Jangkauanfrekuensiinidisebutjugadengan Pita frekuensi

  12. Frekuensi Cek program Matlabberikut: t=0:0.05:6; f=1/3; y1=0.3*sin(2*pi*f*t); y2=0.6*sin(2*pi*(2*f)*t); y3=0.25*sin(2*pi*(3*f)*t); y4=0.3*sin(2*pi*(4*f)*t); z1=y1+y2; z2=z1+y3; z3=z2+y4; plot(t,y1); figure; plot(t,y1);hold on; plot(t,z3,'r') figure; plot(t,y2); hold on; figure; plot(t,z1); hold on; plot(t,z3,'r') figure; plot(t,y3); hold on; figure; plot(t,z2); hold on; plot(t,z3,'r') figure; plot(t,y4); hold on; figure; plot(t,z3,'r')

  13. Frekuensi (Latihan) • Buatlah program Matlab yang menghasilkan 4 sinyal yang memilikifrekuensisbb: • Sinyal 2 memilikifrekuensi 2 kali frekuensisinyal 1 • Sinyal 3 memilikifrekuensi 3 kali frekuensisinyal 1 • Sinyal 4 memilikifrekuensi 4 kali frekuensisinyal 1 • Amplitudomakssinyal 1=4 sinyal2=2 sinyal3=3.5 sinyal4=1.25

  14. Pita Frekuensi • Sinyal yang beroperasipadafrekuensi yang sama, jikabercampurdapatsalingmengganggu, baikmengganggusebagai noise bagisinyallainnyaataumenjadisinyal yang salingmelemahkan. Hal inibiasanyainidisebutdenganinterferensi • Itulahmengapasetiapsinyal yang beroperasipadadaerah yang samamestimemilikifrekuensi yang berbeda • Contoh: Seluler HP beroperasipada 1850-1900 MHz, televisi 54-216 MHz, radio FM 87-108 MHz • Inidisebutdenganspektrum, danspektruminipenggunaannyadiaturolehnegara • Bandwidth (Lebar Pita Frekuensi) suatusinyaladalahfrekuensidimanaenergisinyalberada. Misalnyasinyal yang memilikienergi yang beradapadafrekuensi 40 sampai 50 MHz, adalahmemiliki bandwidth 10 MHz

  15. Pita Frekuensi

  16. PolaRadiasi (Radiation Pattern) • Didefenisikansebagaivariasidaya yang dipancarkanolehantenasebagaifungsiarah • Polaradiasiinidiukurpadamedanjauh, biasanyadiplotdalamdesibel (dB)

  17. PolaRadiasi (Radiation Pattern) Z • Biasanyadigambarkanjugadalam 2 dimensi agar lebihmudahdianalisa y x

  18. PolaRadiasi (Radiation Pattern) • Bentuk lain daripolaradiasidalam 2 dimensi: • Elevation () adalahsudut yang diukurdarisumbu z danbertambahjikabergerakturunkebawah • Azimuth () adalahsudut yang diukurdarisumbu +x danbertambahjikabergerakberlawananarahjarum jam

  19. PolaRadiasi (Radiation Pattern) • Polaradiasidisebutisotropikjikamemilikipola/besardaya yang samapadasemuaarah. Antenainitidakadadalamkenyataannya • Omnidireksional : jikamemilikipolaradiasisamakesegalaarahpadasuatubidangtertentu, contohnyagambarpolaradiasi yang sebelumini. Contoh antenna nyaadalah dipole danantena slot • Direksional: jikamemilikipolaradiasi yang tidaksimetri, yaitumemilikisatupuncakpadaarahtertentu, artinyasebagiandayasinyaldiarahkanpadaarahini, contohantenanyaantenapiringan (disk) dan antenna slot waveguide

  20. PolaRadiasi (Radiation Pattern) • Contohpolaradiasiantenadireksional

  21. PolaRadiasi (Contoh) fx =inline('cos(theta)^2*sin(theta)*cos(phi)'); fy = inline('cos(theta)^2*sin(theta)*sin(phi)'); fz = inline('cos(theta)^2*cos(theta)'); figure ezmesh(fx,fy,fz,[0 2*pi 0 pi],100) colormap([0 0 0]) axis equal set(gca,'xdir','reverse','ydir','reverse')

  22. PolaRadiasi (Contoh) set(0,'defaultfigurecolor','w') N=12; d=.25; th=-pi/2:.01:pi/2; an=th*180/pi; AF1=abs(sin(N*pi*d*sin(th))./(N*(pi*d*sin(th)))); figure;plot(an,AF1,'k') xlabel('\theta') ylabel('Field Pattern') axis([-90 90 0 1]) grid on figure;polar(th,AF1,'k') view(90,-90)

  23. PolaRadiasi (Contoh) tend=pi/2; set(0,'defaultfigurecolor','w') fx=inline('abs(sin(3*pi*sin(theta))/(3*pi*sin(theta)))*sin(theta)*cos(phi)'); fy=inline('abs(sin(3*pi*sin(theta))/(3*pi*sin(theta)))*sin(theta)*sin(phi)'); fz=inline('abs(sin(3*pi*sin(theta))/(3*pi*sin(theta)))*cos(theta)'); figure; ezsurf(fx,fy,fz,[pi,-pi,0,tend],100) shading interp colormap(gray) brighten(.5) axis square axis equal axis([-.5 .5 -.5 .5 0 1]) set(gca,'XDir','reverse','YDir','reverse') view(-63,24) camlight(20,-20,'infinite') material dull lighting phong grid off axis off title .

  24. Daerah Medan • Medan disekitarantenadibagitiga: • Medan dekatreaktif • Medan dekatradiasiataudaerah Fresnel • Medan jauhataudaerahFraunhofer • Daerah yang paling pentingadalahmedanjauh • Karenaantenaefeknyadianalisapadadaerahini • Medan Jauh • Daerah jauhdariantena • Polaradiasitidakberubahbentuknyaterhadapjarak • Didominasiolehmedanradiasi • Medan E dan H orthogonal satusama lain • Arahpropogasisearahdenganbidanggelombang • R > 2D2/ ; R>> D ; R>> 

  25. Daerah Medan

  26. Daerah Medan • Daerah Medan dekatreaktif • Didominasimedanreaktif, artinyamedan E dan H berbedafasa 90 derajat • R < 0.62 (D3/ ) • Daerah Medan dekatradiasi • Daerah antaramedanjauhdanmedandekatreaktif • Medan reaktiftidakmendominasi, medanradiasimuncul • Polaradiasidapatberubahterhadapjarak • 0.62 (D3/ ) < R < 2D2/ • Medan inibisaadabisatidak, tergantungdarinilai R danpanjanggelombang

  27. Daerah Medan (kesimpulan)

  28. Pengarahan (Direktivitas) • Mengukurseberapamengarahkahpolaradiasisebuahantena. • Antena yang meradiasisamasegalaarahmemilikipengarahannol dB atau 1 kali • Polaradiasiantenaternormalisaidapatditulisdalamfungsikoordinat spherical F(,) • Polaradiasiantenaternormalisasisamadenganpolaradiasitapimagnitudenya yang terbesardisetmenjadi 1 • Pengarahan

  29. Pengarahan (Direktivitas) Nilaipolaradiasiternormalisasi maksimum • Nampaknyarumusnyarumit, tapiinisangatsederhanasebenarnya Daya rata-rata yang diradiasikanpadaseluruh arah

  30. Pengarahan (Direktivitas) • Contoh: terdapatduaantena, denganpolaradiasisbb: antena 1 antena 2 • Gambarkanlahpolaradiasikeduaantenatersebut! • Perhatikanbahwapolaradiasitersebuthanyasebagaifungsielevasi • Dari gambardiatasdapatdiketahuibahwaantena 2 lebihmengarahdibandingantena 1

  31. Pengarahan (Direktivitas) • Menggunakanrumuspengarah, dapatdihitungnilaipengarahankeduaantenadiatasyaitu • Antena 1 = 1,273 (1.05 dB) antena 2= 2.707 (4.32 dB) • Semakintinggipengarahanmakasemakinfokussuatuantena • Antena 2 menerimadaya 2.707 kali lebihkuatpadapuncakpengarahanantenadibandingkandaya yang diterimaolehantenaisotropik. • Bagaimanadenganantena 1? • Antena hp seharusnyamemilikipengarahan yang rendah, karenasinyaldapatdatangdarisembarangarah. Sedangkanantenasatelitharusnyamemilikipengarahan yang tinggi, karenamenerimasinyalpadaarahtertentu. • Bagaimanadenganantena TV?

  32. Pengarahan (Direktivitas) • Biasanyaantena yang kecilakanmemilikipengarahan yang rendah, jikakitamenggunakanantenadenganukuran 0.25 -0.5 , biasanyaakanmendapatpengarahankecildari 3 dB • Kita tidakdapatmembuatantena kecildari 0.25  tanpamengorbankanefisiensidan bandwidth antena • Sebaliknya, antenadenganukuranbesar (>> ), makaantenainiakanmemilikipengarahan yang tinggi, sepertiantena parabola danantena horn

  33. Pengarahan (direktivitas) contoh • Tentukanpengarahanuntukantenadenganpolaradiasisebagaiberikut: U(,) = E02sin2/2

  34. EfiesiensiAntena • Berhubungandengandaya yang disalurkanolehantenadandaya yang diradiasikanolehantena • Semakintinggiefisiensiantenaberartisemakinbanyakdaya yang inputkankeantena yang diradiasikanolehantenatersebut • Antenadenganefisiensirendahberartilebihbanyakdaya yang diserapolehantenadanmenjadi loss (hilang) dalamantena, ataudipantulkanbalikkarenaimpedansi yang tidak match, dibandingkanbanyaknyadaya yang diradiasikan. • Beberapajenis loss padaantena: • Loss konduksidisebabkankonduktivitasantena • Loss diaklektrikdisebabkankonduktivitasdalambahandiaklektrikantena

  35. EfiesiensiAntena • Efisiensiantenaditulissebagaiperbandinganantaradaya yang diradiasikandandaya yang dicatukankeantena: • Efisiensi 50 % berartidaya yang diradiasikanadalahsetengahdaridaya yang dicatukankeantena • Efisiensi 50 % ditulisjuga 0.5 atau -3 dB • Efesiensidiatasjugadisebutefesiensiradiasi • Adajugaistilahefisiensi total yaitu: efesiensiradiasidikalikandengan loss missmatchimpedansiantena • loss missmatchimpedansiantenaadalah loss yang disebabkantidak match-nyaimpedansiantenadenganimpedansiperangkat yang terhubungdenganantena

  36. EfiesiensiAntena • Jikaadalahefisiensi total, loss antenakarenaimpedansi mismatch, danefisiensiradiasiantenamaka : • biasanyaantara 0 dan 1 sehinggaefisiensi total selalulebihkecildariefisiensiradiasi • efisiensibisamendekati 100% untukantenapiringan (dish), antena horn, dan dipole setengahlamdajikatidakbenda-bendalossydisekitarnya • Antena HP, antenaWiFibiasanyamemilikiefisiensi 20-70% • Loss biasanyadisebabkanelektroniksdanmateridisekitarantena yang cendrungmenyerapdaya yang diradiasikanolehantenadanmengubahnyamenjadipanas, danmengurangiefisiensiantena • Antena radio mobil, efesiensinyasangatrendahyaitu 1 %, karenaantenainilebihkecildarisetengahlamda • Antenainitetapdigunakankarenastasiun AM memancarkandaya yang tinggi

  37. Penguatan (Gain) Antena • Gain adalahseberapabanyakdayaditransmisikanpadaarahpuncakradiasidibandingkandengansumberisotropik • Istilah gain lebihseringdipakaidalamhalpraktisdibandingkanpengarahan • Gain 3 dB berartidaya yang diterimaolehantenaadalah 3 dB (dua kali lipat) lebihtinggidibandingkandaya yang diterimaolehsebuahantenaisotropik • Gain seringjugasebagaifungsisudutarah, tetapijikatidakdiketahuisudutarahnya , ituartinya gain padaarahpuncakradiasi.

  38. Penguatan (Gain) Antena • Jika G adalah Gain, maka: • Gain antenabisamencapai 40-50 dB untukantena parabola (disc), bisajugaserendah 1,76 dB, tapisecarateoritidakpernahlebihkecildari 0 dB. • Tetapi gain antenabisasangatkecildikarenakan loss yang tinggidanefesiensi yang rendah, bisasampaisebesar -10 dB

  39. LebarPancaran (beamwidth) • Misalnyasebuahantenamemilikipolaradiasi • Gambarnyaberbentuksbb:

  40. LebarPancaran (beamwidth) • Pancaranutama (main beam) adalahdaerahdisekitararahradiasimaksimum (daerahdiantarapuncakradiasidan 3 dB). Disebutjuga main lobe. Mainlobepadagambarberpusatdi 900 • Pancaransisi (sidelobe) adalahpancaran yang lebihkecildaripancaranutama. Biasanyapancaransisiinimengarahkearah yang tidakdiinginkan, dantidakpernahbisadihilangkan, yang bisaadalahdiminimumkan. Side lobagambaradalah 450 dan 1350 • Lebarpancaransetengahdaya (Half Power beamwidth) adalahjaraksudutdimana magnitude daripolaradiasiberkurang 50% (-3dB) daripuncakpancaranutama. Padagambarpolaberkurang -3dB pada 77.7 dan 102.3 derajat, sehingga HPBW adalah 102.3-77.7 = 24.6 derajat

  41. LebarPancaran (beamwidth) • Null to Null beamwidth (lebarpancarannolkenol) adalahjaraksudutdimana magnitude daripolaradiasiberkurangsampai nol. Padagambar , polaberkurangsampainoladalahpada 60 dan 120 derajat, sehingga NNBW adalah 120-60 =60 • Level pancaransisi (sidelobe) digunakanuntukmenentukankarakteristikpolaradiasi. Level Sidelobeadalahnilaimaksimumdarisidelobe, yang padagambaradalah -14.5 dB

  42. ImpedansiAntena • Impedansiantenaadalahhubunganantarategangandanaruspada input antena • Inpedansi 50 ohm berartijikaadateganan sinus 1 volt pada input antena, arusakanmemilikiamplituda 1/50=0.02 amper. Karenaimpedansi real makaarusdanteganganakansatufasa • Jikaimpedansi Z= 50+j*50 ohm, magnitude impedansiadalahdanfasa • iniartinyaarusakantertinggal 450daritegangan

  43. ImpedansiAntena • Jikaadategangan (dgnfrekuensi f) pada input antena • makaarusakan : • Jadikonsepimpedansisederhanasaja, yaitunilai yang menghubungkantegangandanarus • Nilai real dariimpedansimerepsentasikandaya yang diradiasikanolehantenakeluarataudaya yang diserapolehantena. • Nilaiimajinermemrepresentasikandaya yang disimpanpadamedandekat • Antenadengannilai real saja (imaginer=0), disebut resonant • Impedansiantenaakanberubahterhadapfrekuensi

  44. ImpedansiAntena • Frekuensirendah • Jikakitamenggunakanfrekuensirendah, salurantransmisidaritransmiteratau receiver keantenaadalah “pendek” • “Pendek” dalamistilahantenaadalah “relatifterhadappanjanggelombang” • Padafrekuensi 60 Hz, panjang gel 3100mil, sehinggasalurantransmisibisadikatakanpendekbahkandiabaikan • Akantetapi, padafrekuensi 2 GHz, panjang gel 15 cm, sehinggasedikitpenambahanpanjangsalurantransmisipadaantenaakandianggapsebagai “panjang” • Biasanyapanjangsaluran yang lebihkecildari 10 kali panjanggelombang, dinyatakansebagaisaluranpendek

  45. ImpedansiAntena • Jikasebuahantenadihubungkandengansumbertegangan, dimana ZA adalahimpedansiantenadan ZS adalahimpedansisumber. Rangkaianekivalenadalahsbb: • Daya yang dialirkankeantenadapatdihitungpakaikonsepteorirangkaiandimana P=I x V

  46. ImpedansiAntena • Dari persamaantersebut, dapatdiketahuibahwajika ZA sangatkecildibanding ZS, makatidakadadaya yang masukkeantena, begitujugajika ZA sangatbesardibanding ZS, makatidakadadaya yang masukkeantena • Untukmendapatkan transfer dayamaksimumdarisumberkeantena, makanilai ideal untukimpedansiantenaadalah ZA=ZS* • Tanda * menyatakankonyugatkompleks, jadijika ZS=30+j*30, makauntukmendapatkan transfer dayamaksimum ZA=30-j*30 • Biasanyaimpedansisumberadalah real, sehinggadiperlukan ZA=ZS • Impedansiadalahsalahsatu parameter pentingdalamdisainantena

  47. ImpedansiAntena • Frekuensitinggi • Padafrekuensirendah, panjangsalurantransmisitidakmenjadimasalah • Padafrekuensitinggi, ketikapanjangsalurantransmisiadalahbeberapa kali panjanggelombang, teorirangkaianlistriksudahtidakberlaku. • Sebagaicontoh: short-circuit akanmemilikiimpedansinol, tapipadafrekuensitinggisebuah short-circuit padajarak ¼*lamdaakanmemilikinilaiimpedansitidakhingga • Impedansiantenaharus match denganimpedansisalurantransmisidalamrangka transfer dayamaksimum

  48. ImpedansiAntena • Impedansiakandiukurpadaujungsalurantransmisi (denganimpedansikarakteristikZodanpanjang L). Ujung salurantransmisidisambungpadaantenadgnimpedansi ZA sepertigambar • Berdasarkanteorisalurantransmisi, impedansi input Zinadalah

  49. ImpedansiAntena • TerlihatbahwaZinadalahfungsijarak L sehinggaanalisamenjadisulit • Tetapiadakemudahan, yaitujikasebuahantena match dengansalurantransmisi (ZA=Zo), makaimpedansi input tidaktergantungdarijarak L • Jikaantenatidak match, makaimpedansi input akanbervariasiterhadapjarak L, danjikaimpedansi input tidak match denganimpedansisumber, makadayaakanbanyak yang dipantulkanbalikkesumber, sehinggadayatidakbanyak yang ditransfersampaikeantena • Loss sepertiinidisebutketidaksesuaianimpedansi (impedance mismatch)

  50. ImpedansiAntena • Parameter yang biasadigunakanuntukmenggambarkanseberapa match antenaterhadapsalurantransmisiatausumberadalah VSWR (voltage standing wave ratio) • VSWR selalu > 1, nilai 1 mengindikasikantidakada mismatch loss (antenasecarasempurna match dengansalurantransmisi), semakintinggi VSWR makaakansemakintinggi mismatch loss • VSWR = 3 berarti 75% dayatersalurkeantena (1.25 dB mismatch loss), VSWR=7 berarti 44% dayatersalurkeantena (3.5 dB mismatch loss) • Day a ygdipantulkanolehantenapadasalurantransmisiakanbercampurdengandaya yang menujuantena, inimenghasilkangelombangteganganberdiri (voltage standing wave) yang nilainyadiukuroleh parameter VSWR

More Related