Docstoc

RAGAM ANTENA

Document Sample
RAGAM ANTENA Powered By Docstoc
					F. Antena-Antena Reflektor
  F.3. Antena Reflektor Paraboloid
    Antena dengan reflektor paraboloid sangat populer untuk komunikasi
    gelombang mikro ( frekuensi di atas 1 GHz ) terestrial dan juga untuk komunikasi
    satelit.
    Gain yang dicapai sangat tinggi, bisa mencapai puluhan dB (≈ 60 dB)




  Parabolic Dish                Pemantul umumnya
                                terbuat dari baja,
                                aluminium, atau bisa juga
      Feed                      lapisan logam (foil) yang
                   r            dilekatkan pada
                                fiberglass

 Nachwan Mufti A                 Modul V Macam-Macam Antena                                       44




F. Antena-Antena Reflektor
  • Bentuk utama parabola
                             • Parabola Silindris
                                                                Mengubah muka gelombang
                                                                silindris yang dipancarkan
                                                                sumber garis sefasa menjadi
   Terdapat 2 macam                                             gelombang datar pada aperturnya
   bentuk utama                                   Line source
   parabola, yaitu :
                                       Aperture

                            • Parabola Silindris           Mengubah muka gelombang spheris
                                                           yang dipancarkan sumber isotropis
                                                           pada fokus, menjadi gelombang
                                                           datar pada apertur-nya.
                                                           Atau jika jika dilihat berkas
                                          Point source     gelombang datang dari titik fokus,
                                                           akan dipantulkan sejajar sumbu
                                      Aperture             paraboloid
                                 Modul V Macam-Macam Antena                                       45
F. Antena-Antena Reflektor
(a)                                                               Analisis Geometri...
                                                                  Persamaan lengkung parabola, pada
                                      R
                                  θ                               gambar di samping parabola memiliki fokus F
                                              Fokus = F           dan berjarak L dari verteks dinyatakan sbb :

              Verteks                                                                    2L
                                                                                R=
                                                                                      1 + cos θ
                                               Muka
                                               gelombang
                                               datar
                                  L
(b)                   y
                                                                 Definisi :
                          P
      Q                                                              Lengkung paraboloid adalah tempat
                                      F
                                                                 kedudukan titik-titik yang jaraknya ke titik fokus
                                               Axis
                                                        x           sama dengan jaraknya ke bidang datar
                                                                                      Directrix
              Verteks
                                                                                   PF = PQ
          Directrix

 Nachwan Mufti A                                             Modul V Macam-Macam Antena                               46




F. Antena-Antena Reflektor
                                              B'   A'
(c)
                                                                    PF + PS = PF + QS − PQ = QS
                              P
          Q                                           S
                                                                   Jadi gelombang dari sumber isotropis pada fokus
                                          F                        F akan dipantulkan oleh parabola menjadi sefasa
                                                      Axis         pada garis/bidang AA’.
                                                                   Bayangan fokus F adalah direktriks. Medan
                                                      Apertur
                                                      bidang
                                                                   pantul pada AA’ seolah-olah berasal dari
                                                       datar       direktriks sebagai gelombang datar.
                                               B   A               Bidang/garis BB’ disebut Apertur Datar atau
                                                                   apertur fisik




                                                             Modul V Macam-Macam Antena                               47
F. Antena-Antena Reflektor
   Distribusi Medan...
    • Aperture Parabola Silindris
                                                  Ekspresi untuk daya, W
       y
  dy
                                                  W = Daya pada strip pita selebar dy sepanjang 1
                                                      meter ke arah sumbu z

                   dθ       R                         W = dy.Ρy                          W = dθ.U '
             y              θ        F    x         Py = rapat daya pada y            U’ = intensitas radiasi
                                                                                            sepanjang 1 m ke
                        L                                                                   arah z
                                sumber garis
                                  isotropis
                                                                         Ρy .dy = U ' dθ
                                                  maka,
                                                       Ρy              1
                                                            =
                                         dy            U'       d (R sin θ)            2L
                                                                              dθ R=
                                                                                    1 + cos θ Sehingga….
            1 meter
 Nachwan Mufti A                               Modul V Macam-Macam Antena                                       48




F. Antena-Antena Reflektor
    Didapatkan...
                        1 + cos θ
     Py = Pθ =                    U'
                           2L
                            Untuk θ = 0,
                                               1
                            Pθ=0 = P0 =          U'
                                               L
    Dengan normalisasi Pθ terhadap P0 ,
    didapatkan :
           Pθ 1 + cos θ                               Distribusi medan ternormalisasi
              =                                       sebagai fungsi θ untuk apertur parabola
           P0     2                                   silindris

                                                       Eθ   1 + cos θ
                                                          =
                                                       E0       2
                                               Modul V Macam-Macam Antena                                       49
F. Antena-Antena Reflektor
   Distribusi Medan...
 • Aperture Paraboloid / Dish Antenna
                                                     Ekspresi untuk daya, W
          y
     dρ                                              W = Daya dalam cincin dengan radius ρ dan lebar dρ
                                                        = Daya yang dipancarkan antena isotropik untuk
                    dθ       R                            sudut ruang 2π sinθ dθ
               ρ
                             θ         F    x          W = 2πρ dρ Pρ              W = 2π sin θ dθ U
                         L
                                                       Pρ = rapat daya pada ρ     U = intensitas radiasi
                                 sumber titik
                                   isotropis



                                                                     ρ dρ Pρ = sin θ dθ U
                                                    maka,
                         ρ                                 Ρρ         sin θ
                                                                =
                                                                                          2L sin θ
                                       dρ                  U        ρ dρ  ρ = R sin θ =
                                                                      dθ 
                                                                                        1 + cos θ
 Nachwan Mufti A                                Modul V Macam-Macam Antena                                 50




F. Antena-Antena Reflektor
    Didapatkan...

    Pρ = Pθ        =
                     (1 + cos θ)2 U
                             4L2
                             Untuk θ = 0,
                                                1
                             Pθ=0 = P0 =           U
                                                L2
    Dengan normalisasi Pθ terhadap P0 ,
    didapatkan :

        Pθ (1 + cos θ)
                                   2
           =                                           Distribusi medan ternormalisasi
                                                       sebagai fungsi θ untuk apertur paraboloid
        P0       4
                                                        E θ 1 + cos θ
                                                           =
                                                        E0      2
                                                Modul V Macam-Macam Antena                                 51
F. Antena-Antena Reflektor
   Iluminasi Pada Apertur Parabola
                                                                 Gambar (a)
                                                                 Jika antena primer isotropis spheris, bagian
                                            Secondary pattern
                                     Axis                        A akan sefasa dengan muka gelombang
         D    V         A
                            F                                    datar pada apertur, sehingga diagram
                                                                 sekunder akan berbentuk ENDFIRE.
                                Isotropic source pattern
                                (primary pattern)

                   nλ
                    4                   Gambar (a)

                                                   λ       Gelombang yg dipantulkan sefasa dengan
                                 L = n ganjil ×            gelombang pantul    Interaksi Positif
                                                   4
          Jika
                                                    λ      Gelombang yg dipantulkan berlawanan fasa dgn
                                 L = n genap ×             gelombang pantul   Interaksi Negatif
                                                    4
 Nachwan Mufti A                                Modul V Macam-Macam Antena                                  52




F. Antena-Antena Reflektor
                                                                   Gambar (b)
                                            Taperred
                                            Illumination           Jika jarak fokus primer spheris kearah
                                                                   reflektor semakin dekat ( L << ) ,
                                                                   maka iluminasi pada apertur akan
        D V         F                                              tappered ( menurun ke tepi ) karena
                                                                   jarak fokus ke reflektor akan berbeda
                                                                   sebesar :
                                                                                      R max
                       Relative field intensity
                                                                             20 log
         primary pattern                                                               L
                                              Gambar (b)




                                                Modul V Macam-Macam Antena                                  53
F. Antena-Antena Reflektor
                   Taperred illumination with
                                                                   Gambar (c)
                   dashed primary pattern                          Pada saat L dibesarkan supaya
                                                                   penurunan ke tepi ( tappered ) semakin
                                                                   kecil, maka :
                   + φ1
                                      F
                                                                    • Jika iluminasi primer dapat dijaga
       D V         L                                                  tetap uniform spheris, maka
                   − φ1          primary
                                                                      penurunan ke tepi (tappered) pada
                                 pattern                              iluminasi apertur akan sedikit
                                                                      Lihat garis penuh !!
             Nearly uniform illumination     Relative field
                                             intensity              • Jika iluminasi primer tappered,
             with solid primary pattern
                                                                      maka iluminasi apertur juga akan
                                           Gambar (c)                 tappered. Lihat garis putus-
                                                                      putus !!
    Dalam desain, makin besar tappered (penurunan ke tepi) maka side lobe makin
    kecil sedangkan direktifitas akan berkurang !!
    Jarak fokus yang besar biasa dipakai untuk antena astronomi ( L/D >> )

 Nachwan Mufti A                           Modul V Macam-Macam Antena                                      54




F. Antena-Antena Reflektor
    Pola Pancar Antena Besar Apertur Sirkular                           Dengan Iluminasi Uniform
                                                              uniform plane wave   Radiasi dari suatu
                       uniform                                                     antena parabola
                       illumination                       uniform
                                                          illumination             besar dengan aperture
                                 φ                                      φ          iluminasi uniform
        D                                                                          secara tipikal adalah
                                                                                   ekivalen dengan
                                                                                   apertur sirkular dengan
                                                       Relative field intensity    diameter yang sama,
                  Relative field intensity
         Paraboloid                                            infinite sheet      D.

   • Pola medan radiasi dari aperture iluminasi uniform dapat dihitung dari Prinsip
     Huygens. Pola medan ternormalisasi E(φ ) sebagai fungsi D dan φ adalah sebagai
     berikut :


      Eφ = ()  2λ            [( ) ]
                   J1 πD sin φ
                             λ
                                            D Diameter aperture
                                            λ Panjang gelombang ruang bebas
                                            φ Sudut terhadap garis normal aperture
               πD         sin φ             J1 Fungsi Bessel orde pertama

                                           Modul V Macam-Macam Antena                                      55
F. Antena-Antena Reflektor
• Sedangkan First Null dari pola radiasi
  dinyatakan dinyatakan dari rumusan               • Sehingga, untuk apertur sirkular
  berikut :                                          iluminasi uniform (parabola besar)
               πD                                                      140 o
                  sin φ0 = 3,83                        BWFN = 2 × φ0 =
                λ                                                       Dλ
       Sehingga,
                                                  • Half Power Beamwidth, untuk apertur
                   3,83λ          1,22λ             sirkular iluminasi uniform (parabola besar)
       φ0 = arcsin       = arcsin
                    πD              D
                                                             58o
                 untuk sudut kecil, berlaku           HPBW =
                 untuk parabola besar                        Dλ
                 ( D > 10λ )
                                                  • Sedangkan direktivitas, dinyatakan :
                     sin φ0 ≈ φ0
                                                               Luas Aperture
               1,22                                    D = 4π
        φ0 =        (rad )                            Sehingga,
                                                                    λ2
                Dλ
                70o                                            πD 2
                    (derajat )
                                                                          2
            =                                          D = 4π 2 = 9,87D λ
 Nachwan Mufti A
                 Dλ                 Modul V Macam-Macam Antena 4λ                              56




F. Antena-Antena Reflektor
   • Di bawah ini dinyatakan perbandingan parameter-parameter antara parabola
      aperture sirkular dengan rectangular untuk distribusi aperture uniform
                                                              Aperture
                                                     Sirkular      Rektangular
                                                         58o                     51o
        Half Power Beam Width                     HPBW =                  HPBW =
                                                         Dλ                      Lλ
                                                         140o                    115o
        Beam Width Between First Nulls            FNBW =                  FNBW =
                                                          Dλ                      Lλ
        Direktifitas
        (Gain terhadap isotropik)                 D = 9,87 D λ
                                                                 2
                                                                          D = 12,6 L λ L λ '

        Gain terhadap dipole λ/2                  G = 6 Dλ
                                                             2
                                                                          G = 7,7 L λ L λ '
        Dimana       Dλ diameter ( dalam λ )
                     Lλ panjang sisi rektangular ( dalam λ )
                     Lλ’ panjang sisi rektangular yang lain ( dalam λ )
                                    Modul V Macam-Macam Antena                                 57
F. Antena-Antena Reflektor




       Perbandingan pola radiasi relatif antara apertur sirkular D = 10λ dengan
       aperture bujursangkar L = 10λ

 Nachwan Mufti A                        Modul V Macam-Macam Antena                                       58




G. Antena 2 Aplikatif
    G.1. Antena Yagi
     • 3-element Uda Yagi (endfire)                                   90
                                                                              2. 8096
                                                          120                           60
                                                                             2.2477

                        z                                                   1.6858
                                                    150                                        30
                            d2                                             1. 1238

                                                                           0. 56192


                   d1                         180                                                    0

                                                    y

                                                    210                                        330
                                 Reflector
                        Driver
   x                                                      240                           300

          Director                        Reflector                  270                      Director

                                                                     Driver
                                        Modul V Macam-Macam Antena                                       59
G. Antena 2 Aplikatif
   • Aplikasi Uda - Yagi
       Antena Uda- Yagi adalah antena yang paling populer sebagai
       penerima untuk frekuensi VHF-UHF karena sifat-sifatnya : desain
       pencatuan yang sederhana, harga murah, berat ringan, relatif dapat
       mencapai gain yang cukup tinggi
       Berhubung frekuensi yang lebih tinggi mendapatkan perlakuan
       redaman yang lebih besar dari kanal udara, maka implementasi Uda-
       Yagi untuk frekuensi yang lebih tinggi memerlukan gain yang lebih
       tinggi.
                    FM-Radio        (88MHz-108MHz)                  3 element UY

         VHF       TV (low)         (54MHz-88MHz)                   3 element UY

                   TV (high)        (174MHz-216MHz)               5-6 element UY


         UHF       TV               (470MHz-890MHz)               10-12 element UY

 Nachwan Mufti A                   Modul V Macam-Macam Antena                        60




G. Antena 2 Aplikatif
    • Kriteria Desain Praktis Antena Yagi
        1.    Spasi antena yang semakin dekat akan meningkatkan Front to Back
              Ratio yang makin besar pada main beamnya.
        2.    Spasi yang semakin lebar/renggang akan menghasilkan sebaliknya
        3.    Tetapi, spasi yang makin lebar akan menghasilkan bandwidth yang
              lebih lebar.
        4.    Memperbanyak jumlah director akan memperbesar gain, tetapi terdapat
              nilai optimal dimana penambahan jumlah director tidak memperbesar
              gain secara signifikan lagi
        5.    Uda-Yagi juga akan memiliki bandwidth lebih lebar jika reflektor
              dibuat lebih panjang dari optimum sedangkan director lebih pendek
              dari optimum.
        6.    Folded dipole digunakan sebagai elemen driver untuk meningkatkan
              gain dan bandwidth yang lebih lebar.
        7.    Bandwidth bisa diperlebar dengan mengganti reflektor dengan
              lembaran konduktor atau jaring kawat
        8.    Reflektor sudut bisa dipakai untuk memperbesar gain dan bandwidth

                                   Modul V Macam-Macam Antena                        61
G. Antena 2 Aplikatif

    G.2. Turnstile Antenna
                         z
                                                                               Small Cross-Dipole
                               E(r ) = E A (r ) + E B (r )
                                                                              with quadrature current
                                                        P
                                                                                     feeding:
                                             r

                                                                                I 0 = I z = jI x
                     A         B
          dL                                                y

           x




                                βη e − j β r
                   E A (r ) = j              I z .dl . sin θ .a θ
                                                              ˆ
                                4π r
                                βη e − j β r
                   E B (r ) = j              I x .dl .(− cos θ cos φ .a θ + sin φ .a φ )
                                                                      ˆ            ˆ
                                4π r
 Nachwan Mufti A                                 Modul V Macam-Macam Antena                             62




G. Antena 2 Aplikatif
  • Radiation Pattern

                      3-D Pattern of infinitesimal Turnstile Antenna

                                                    z               Radiation in all
                                                                      directions!

                                                                                   y

                                         x



                     2-D x-z plane Field Pattern of Turnstile Antennas
               z                                                                       z
                             Infinitesimal                        Finite Length
                               Turnstile                               Turnstile

                                    x                                                               x



                                                 Modul V Macam-Macam Antena                             63
G. Antena 2 Aplikatif
 • Aplikasi Antena Turnstile
           1.      Polarisasi sirkular pada arah broadside umumya digunakan untuk :
                           Komunikasi satelit
                           Aplikasi radar
           2.      Pada kendaraan angkasa
           3.      TV broadcast transmit antenna :
                       Pada bidang x-z akan memiliki pola pancar hampir sirkular




 Nachwan Mufti A                        Modul V Macam-Macam Antena                    64




G. Antena 2 Aplikatif
   G.3. Antena Mikrostrip
    • Struktur Patch


                                                       Patch
                               Feed




                       Substrate


                                             L

                                 ----                  ++++ t
                      εr                                             d
                              ++++                          ----


                                        Modul V Macam-Macam Antena                    65
G. Antena 2 Aplikatif

   • Bentuk Patch                                    • Aplikasi Antena Mikrostrip
       Rectangular                                       1. Umumnya diaplikasikan untuk
                                 Dipole
                                                            komunikasi yang memerlukan
                                                            ukuran antena yang kecil, spt :
                                                                       aircrafts, mobile, dll
           Elliptical         Circular Ring              2. Bentuk patch dan pencatuan
                                                            berkaitan dengan polarisasi, pola
                                                            pancar, impedansi, dll.
                                                         3. Efisiensi umumnya rendah,
          Triangular                                        bandwidth sempit
                                                         4. Selalu dioperasikan untuk
                             dan sebagainya….
                                                            pancaran broadside
                                                         5. λ/3 < L < λ/2 and 2 < εr < 12

 Nachwan Mufti A                    Modul V Macam-Macam Antena                                  66




G. Antena 2 Aplikatif
   G.3. Antena Horn
                              • Bentuk-Bentuk Antena Horn
                                TE10




                                E-Plane                H-Plane                  Pyramidal
                                sectoral horn          sectoral horn            horn

    • Aplikasi Antena Horn
         • Cukup luas digunakan sebagai antena primer
           ( feed element ) pada parabola, yang
           digunakan untuk :
              – Aplikasi komunikasi gelombang mikro fixed
                point to point
              – Radio Astronomy
              – Satellite tracking
         • Keuntungan : bandwidth lebar, ringan,
           mudah dibuat, gain cukup besar
                                    Modul V Macam-Macam Antena                                  67
H. Exotic Antenna
   H.1. Quadrifilar Helix Antenna
                                                       The Helical Antenna was invented by
                                                         Kilgus in 1968. (see his papers)



                                                          Used for communication
                                                          between mobile user and non-
                                                          geostationary satellite systems


                                                          Gives Circular Polarisation in all
                                                          directions, thus becomes
                                                          independent of elevation angle
                                                          of satellite.




 Nachwan Mufti A          Modul V Macam-Macam Antena                                           68




H. Exotic Antenna

   H.2. Fractal Antenna




                          Modul V Macam-Macam Antena                                           69
H. Exotic Antenna
   H.3. Slotted Waveguide Antenna




                                                           Radial line slotted
                                                          waveguide antennas


     Single-layer millwave
     slotted waveguide
     antennas




 Nachwan Mufti A             Modul V Macam-Macam Antena                          70




Motto Kuliah       Antena dan Propagasi


                         “Everything what propagates can be
                                      transmitted.
                     Everything what can be transmitted can be
                                       received ”
                      - EM waves, sound, smell, light, gravity and
                                   maybe 6th sense -




                             Modul V Macam-Macam Antena                          71

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Stats:
views:655
posted:1/5/2011
language:Indonesian
pages:14
Description: this paper explain about the types of antenna.