Docstoc

MACAM MACAM ANTENA

Document Sample
MACAM MACAM ANTENA Powered By Docstoc
					                                                          Revisi Maret 2004




                           Modul 5
                   TE 3253a Sistem Antena
        Macam - Macam Antena
                              Oleh :
                    Nachwan Mufti Adriansyah, ST




Organisasi

   Modul 5        Macam-Macam Antena
   • A. Pendahuluan                                                 page 3
   • B. Antena Linear dan Turunannya                                page 7
   • C. Antena Loop dan Helix                                       page 13
   • D. Antena V dan Rhombic (Double V)                             page 23
   • E. Modifikasi Dipole & Antena Ground Plane                     page 27
   • F. Antena-Antena Reflektor                                     page 31
   • G. Antena2 Aplikatif                                           page 59
   • H. Exotic Antenna                                              page 68
   • Motto                                                          page 71


                            Modul Va Macam-Macam Antena                       2
A. Pendahuluan
 Sekapur Sirih ...
Seperti yang sudah dibicarakan pada bagian sebelumnya, dimensi antena paling kecil
harus mendekati panjang gelombang supaya menjadi radiator yang efisien. Bahkan untuk
mendapatkan gain yang tinggi, dimensi antena harus jauh lebih besar dari panjang
gelombang.
Menaikkan gain suatu antena selalu disertai dengan penurunan lebar dan luas berkas,
sehingga antena dengan gain yang tinggi memerlukan pemasangan dan penempatan yang
sangat teliti agar benar-benar menunjuk pada sasaran yang diinginkan. Sebagai contoh :
Antena dengan gain sebesar 60 dB lebar berkasnya sekitar 0,2o sehingga kesalahan
penempatan sebesar 0,1o dari sumbu utama akan menurunkan penerimaan sebesar 30 dB.
Dari besarnya gain, antena digolongkan menjadi antena dengan gain rendah (sampai 10dB)
, gain sedang (10 sampai 20 dB) , dan gain tinggi ( lebih dari 20 dB). Namun demikian,
harus dicatat pula bahwa angka-angka tersebut di atas adalah relatif, bukan mutlak.
Frekuensi kerja sangat mempengaruhi bentuk dan dimensi antena. Pada daerah HF, 3-
30 MHz, banyak dipakai antena kawat dan batang atau susunannya sepperti dipol, yagi, log
periodik, helix nomal mode, whip, dan antena linier lainnya.          Sedangkan pada VHF
banyak dipakai yagi, antena kawat, corner, dll. Pada UHF dan SHF (300 - 30000 MHz)
banyak dipakai antena paraboloid, corong, slot, antena lensa, dan kadang-kadang helix, yagi,
dan lain-lain.

 Nachwan Mufti A                 Modul Va Macam-Macam Antena                                   3




A. Pendahuluan

  Selain itu, ada antena yang tidak jelas nampak sebagai antena pemancar atau harus
  tersembunyi atau disebut sebagai antena samar ( disquised antenna ). Antena tersebut
  harus menyesuaikan dengan keadaan sekitarnya seperti pada kapal terbang, kereta api,
  atau pada keadaan lingkungan yang berat.
  Untuk antena semacam ini, biasanga yang menjadi persoalan adalah penyesuaian
  impedansi karena umumnya impedansi antena akan jauh berbeda dengan impedansi
  karakteristik saluran transmisi jika dipakai transformator konvensional.
  Kerugian lain yang diderita adalah diagram arah yang seringkali jauh dari yang
  diharapkan sehingga harus dicarikan kompromi-kompromi lain yang lebih ketat
  kendalanya.




                                 Modul Va Macam-Macam Antena                                   4
A. Pendahuluan

     Pemilihan Antena ...
     Dalam suatu hubungan komunikasi, dihadapkan pada suatu tugas yaitu
     memilih antena yang cocok untuk komunikasi tersebut, terlebih jika kita sendiri yang
     harus mendesain sistem komunikasi dan antena yang bersangkutan.
     Pilihan antena yang digunakan didasarkan kepada :
      • Jenis komunikasi yang dilakukan
               Broadcast / siaran , pilih antena dengan tipikal pancaran Broadside
               Point to point communication, pilih antena dengan tipikal pancaran Endfire
      • Keterbatasan kelas penguat
               Berkaitan dengan Gain antena yang direncanakan
      • Lebar informasi yang dikirimkan ( Narrowband / broadband )
               Berkaitan dengan Bandwidth antena yang direncanakan, dirancang tidak
               terpisah dengan saluran transmisi yang digunakan
      • Daerah cakupan (coverage) antena yang diinginkan
               Berkaitan dengan Beamwidth antena yang direncanakan. Misal : struktur
               sel trisektoral membutuhkan antena dengan beamwidth 120o.

 Nachwan Mufti A                  Modul Va Macam-Macam Antena                               5




A. Pendahuluan
  Mari kita ulangi sekali lagi...
  Dalam memilih dan mendesain antena, kita selalu dihadapkan oleh batasan-
  batasan yang didapat dari sistem komunikasi yang direncanakan .

  Sebagai contoh :
  Jika misalkan kita diharuskan mendesain antena untuk komunikasi selular GSM,
  terlebih dahulu kita harus mengetahui : (1) Berapa range frekuensi kerja GSM yang
  nantinya berkaitan dengan bandwidth antena yang kita rencanakan, (2) SWR
  maksimum yang diijinkan disisi pemancar dan penerima, berkaitan dengan matching
  impedance dengan saluran transmisi, (3) Kelas penguat, untuk merencanakan
  seberapa besar gain yang dibutuhkan untuk komunikasi tersebut (4) Cakupan
  daerah antena yang diinginkan yang berkaitan dengan beamwidth antena

  Hanya saja, ada beberapa hal yang harus kita pahami bahwa keempat persoalan
  diatas adalah saling terkait dan proses desain antena terdiri dari kompromi-kompromi
  agar antena yang sudah didesain dapat memenuhi kriteria sebelumnya yang sudah
  ditetapkan. Dari sinilah yang menyebabkan kemudian bahwa persoalan desain antena
  menjadi tidak sederhana
                                  Modul Va Macam-Macam Antena                               6
B. Antena Linear dan Turunannya
  Antena linear biasanya terbuat dari kawat atau batang konduktor
  tipis dan terbagi menjadi 2 macam : (a) Antena Resonan atau disebut
  juga sebagai Antena Gelombang Berdiri , (b) Antena Non Resonan
  atau Antena Gelombang Berjalan

     B.1. Antena Gelombang Berdiri / Antena Resonan




             λ                  3              λ            5            3       2λ
                                  λ                           λ            λ
             2                  4                           4            2
 Nachwan Mufti A                           Modul Va Macam-Macam Antena                             7




B. Antena Linear dan Turunannya
                                      s
                                                   Sehingga, distribusi medan di tempat
                                      r
                                                   jauh,
             dz
         Z          θ
                                                                      βL              βL  
                                                                      cos cos θ  − cos    
                                                           60[I 0 ]   2
     L
                                                                                       2 
                                                    Eθ = j                                    
                                                             r              sin θ             
                                                                    
                                                                                              
                                                                                               
  Pencatuan ditengah dengan :
                       r
                   jω  t −                                      βL              βL  
    [I0 ] = I0e        c                                        cos
                                                          [I0 ]   2
                                                                
                                                                       cos θ  − cos    
  Distribusi arus sinusoidal, dengan :             Hφ = j                           2 
                                                                                          
                                                          2πr           sin θ             
    [I] = [I0 ]sin  2π  L ± z 
                              
                                                                
                                                                                          
                                                                                           
                        λ 2         
 " + " jika z < 0        dan " − " jika z > 0
                                                                                                   8
B. Antena Linear dan Turunannya
                                                                            1
                                                                       L=     λ
                                                                            2

            1                  π      
          L= λ              cos cos θ                                               78o
            2          Eθ =    2      
                                sin θ

                           cos(π cos θ) + 1
                                                                        L=λ

           L=λ        Eθ =                                                            47 o
                                sin θ


                                3π                                   +          -
            3               cos cos θ                           3
                                                                L= λ
          L= λ                  2                               2
            2          Eθ =                                       -                    +
                                 sin θ
       Pelajari konsep Tahanan Pancar kembali !!                       +          -

 Nachwan Mufti A                  Modul Va Macam-Macam Antena                                 9




B. Antena Linear dan Turunannya

 B.2. Antena Gelombang Berjalan
          Antena gelombang berjalan (travelling wave antenna) terdiri dari
          kawat tunggal yang diterminasi dengan impedansi karakteristiknya
  Contoh antena gelombang berjalan :

                                                 glb
                                                 glb
              (a) kawat tunggal
                  diterminasi
                                        (b) Rhombic diterminasi
                                                                        Keempat antena
                                                                        disamping merupakan
                                                                        pendekatan untuk
         (c) Helical panjang           (d) Linear panjang               memberikan
                                           tebal                        gelombang berjalan
                                                                        Uniform Tunggal

                                  Modul Va Macam-Macam Antena                                 10
B. Antena Linear dan Turunannya
                                                P(ρ, ζ, z ) Pada suatu konduktor antena gelombang
                                                           berjalan di samping, gelombang berarah
                                                           menuju sumbu z

                      r1                                   Pola pancar antena,
                                 r         r2      ρ         Pola pancar antena dipengaruhi p dan b
             φ                                             dimana,
                                                              p = kecepatan fasa pada
    0            dz                  b             z              konduktor, umum        p=v
                           Arah gelombang                         disebut sebagai faktor        c
                                                                  kecepatan
   Konduktor
                                                              b = Dimensi konduktor

      I p
 Hζ = 0
                    sin φ
                   
                                      ωb
                                 sin 
                                                        
                                            (1 − cos φ ) ∠ ψ            dan     E φ = ηi H ζ
     2 πr1          1 − p cos φ      2 pc             
           r  ωb
 ψ =  ω t −  −     (1 − cos φ )
                                  
           c  2 pc             
 Nachwan Mufti A                         Modul Va Macam-Macam Antena                                11




B. Antena Linear dan Turunannya
 Pola pancar antena gelombang berjalan untuk beberapa nilai panjang b, dan
 faktor kecepatan fasa p



                                          58o                                         Arah
           60o                                                                        gelombang




                                     τ = 31o
        τ = 25
             o
                                                                       τ = 68 o


        p = 1.0                          p = 0.8                       p = 1.0


                                 λ                                       b = 5λ
                            b=
                                 2
                                         Modul Va Macam-Macam Antena                                12
C. Antena Loop dan Helix
C.1. Antena Loop                                          Pada loop kecil sirkular : Jari-jari a << λ
                 z
                                                                                   (1) Dipandang sebagai
                                                      P                               Loop persegi
                                              r                 Analisis
                                                                dengan 2           (2) Diekivalensikan
             a                                            y
                                                                macam cara            sebagai Dipole
       x                Radius loop : a                                               Magnetik Pendek
                                          Lihat masing-masing penurunan pada Diktat P Heroe hal V-5 !!,
                                          didapatkan hasil yang sama :

                                                   120π 2 [I]sin θ A               [I] = I 0e jω(t − c )
    The Loop pattern has                                                                            r
  exactly the same shape as                   Eφ =
  that of a Hertzian Dipole,                              r        λ2              “ Uniform Loop”

                                                   π[I]sin θ A
    where the electric and
     magnetic fields are
                                              Hθ =                                 A = πa 2
                                                                                   a = jari-jari loop
        interchanged.
                                                       r     λ2
                                                  Modul Va Macam-Macam Antena                                  13




C. Antena Loop dan Helix : Rumus Loop Sirkular Arus Uniform
                     Umum                                      Loop kecil                       Loop besar
  Besaran
                     Ukuran sembarang

   Eθ             60π[I]C λ J1 (C λ sin θ )                   120π 2 [I]sin θ A             sama dengan umum
                             r                                       r        λ2
   Hφ              Eθ                                          Eθ                           sama dengan umum
                 120π                                         120π
                                    2Cλ                                     2                   a
   Rr            60π C λ            ∫ J (y )dy                     A                      3720  = 592C λ
                        2                                                         4
                                          2                   31200 2  = 197C λ               λ
                                     0                             λ 

   D
                        [
                 2C λ J1 (C λ sin θ) max
                                2
                                                  ]            3                               a
                                                                                           4,25  = 0,68C λ
                            2Cλ
                        ∫           J 2 ( y)dy                 2                               λ
                            0

         2πa                                                      x
    Cλ =                                              J1 ( x ) ≈    untuk x << 1 Fungsi Bessel Orde 1
          λ                                                       2
                                                                      x3  x2 x4                       
                                                      2x
         4d                                                                          x6     x8
    Cλ =
         λ
             ( utk loop persegi )                     ∫0
                                                         J 2 ( y)dy = 
                                                                      3 
                                                                         1 − +   −      +
                                                                             5 56 1080 31680
                                                                                                 − ... 
                                                                                                       
                                                                                                       
                                                  Modul Va Macam-Macam Antena                                  14
C. Antena Loop dan Helix
   • Aplikasi Antena Loop
                   1.   Tidak cocok untuk transmitter (karena tahanan radiasi
                        sangat kecil), tetapi mudah untuk dibuat dan sering digunakan
                        untuk :
                                Low Frequency AM receiver (HiFi)
                        Ferrite sebagai inti akan memberikan performansi yang lebih baik.
                        Multiple loop digunakan untuk meningkatkan Tahanan Radiasi

                   2.   Aplikasi untuk Directional Finder (dikombinasikan dengan
                        dipole):
                        z                                           y
                                                       Dipole                     Resultant Pattern



                                                                -       +     x
                                       y
              x
                                                       Loop


 Nachwan Mufti A                      Modul Va Macam-Macam Antena                                     15




C. Antena Loop dan Helix
 C.2. Helical Antenna                                                         Antena Helix ditemukan

   • Mode radiasi                                                             oleh John Krauss tahun
                                                                                       1946
     pada helix ada 2                                  Radiation
                                            Normal Mode1
                                                   Cλ <
     macam :                                              3

         Operational Modes
                                            Axial Mode Radiation
                                                 4        4
                                                   < Cλ <
                                                 3        3
    • Macam-Macam antena helix :


                                                                    Balance
                    Unbalance


                                            Variable                               Variable
                            Tapered                             Envelope           Thickness
     Uniform                                 Pitch
                                                                                                      16
C. Antena Loop dan Helix
    • Dimensi-Dimensi pada helix :
                                                              C     = π.D = kelililing lingkaran
                   Diameter D
                                                              S     = Spasi / pitch
                     z                Number of turns N
                                                              N     = Jumlah lilitan

                                       Turn spacing S
                                                              L     = NS = Panjang helix
                                                              LD =      S2 + C 2
                                                                    = Panjang satu lilitan
                                             Pitch Angle α
                                                              LN = NLD = panjang kawat
                                                                                             ( )
             x
                                                              α     = Pitch angle = tan −1 S
                         C = Circumference                                                   C
                                                              Cλ    = πD λ
       Ground Plane > λ/2




 Nachwan Mufti A                      Modul Va Macam-Macam Antena                                  17




C. Antena Loop dan Helix
  • Normal Mode Radiation
                                Diameter D
                                                                            Antena helix dapat
                                                                            dipandang sebagai
                                                                          susunan loop sejumlah
                                  z
                                                                                  N loop




                                                 y


                          x
                           Entire Helix Length L

   Normal Mode Radiation (broadside) terjadi jika :
      D << λ atau , LN << λ

                                      Modul Va Macam-Macam Antena                                  18
C. Antena Loop dan Helix
  • Distribusi Medan Mode Normal

                       60 π[I ]sin θ S               Polarisasi Eliptis
         Eθ = j
                             r       λ                                              Eθ        Sλ
                                                      AR = Axial Ratio =                 =
                                                                                    Eφ       2 πA
                   120 π [I ]sin θ A
                           2
         Eφ =                                                  2S λ
                         r         λ2                      =      2
                                                               Cλ
        dengan,
            πD 2                                    Polarisasi Sirkular
         A=
             4                                                                      πD
                                                      AR = 1            Cλ =        2S λ =
                                                                                     λ
                                                                               C    πD
                                                                        tan α = λ =
                                                                                2   2λ


 Nachwan Mufti A                    Modul Va Macam-Macam Antena                                     19




C. Antena Loop dan Helix
 • Axial Mode Radiation preferred mode

                                    Axial Mode Radiation (endfire) terjadi jika :

                                              3/4 < C/λ < 4/3
                                    Sifat-sifat mode axial

                   z                1.   Narrow Mainbeam dengan minor sidelobes
                                    2.   Polarisasi sirkular (orientation ∼ helix
                                         orientation)
                                    3.   Bandwidth lebar dibandingkan mode normal
                                    4.   Tanpa kopling antar elemen
                               y
                                    5.   Dapat disusun dengan helix lainnya untuk
                                         meningkatkan gain
          x                         6.   Perancangan tidak kritis
      Circumference C

                                    Modul Va Macam-Macam Antena                                     20
C. Antena Loop dan Helix
  • Parameter of Axial Mode Radiation
                              ψ
                 π  sin  N 2 
                                 
        E = sin  2              cos φ dengan ψ = 2 π S (1 − cos φ ) + 1 
                 N        ψ                           λ
                                                                         2N 
                                                                             
                     sin     
                              2

                                   52 o                             115 o
                         HPBW =                            FNBW =
                                     (
                                C λ NS λ          )                    (
                                                                  C λ NS λ    )
                                     2
                         D = 12 C λ S λ N

                         R T = 140 C λ      dan R T = 150
                                                                  Cλ
                          ( Axial Feed )
                                                      ( Periferal Feed )
                                 2N + 1
                         AR =
                                  2N
 Nachwan Mufti A                    Modul Va Macam-Macam Antena                         21




C. Antena Loop dan Helix
  • Aplikasi
          1.   High gain, large bandwidth, simplicity, circular polarisation in AXIAL
               MODE:

                      Space Communication (200-300MHz)

          2.   Arrays of Helixes with higher gain (they hardly couple!)




                                    Modul Va Macam-Macam Antena                         22

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Stats:
views:789
posted:1/17/2011
language:Indonesian
pages:11
Description: slide presentasi ini menjelaskan tentang bab macam macam antena yang ada pada mata kuliah sistem antena