Dasar dasar antena by adi819

VIEWS: 1,940 PAGES: 70

									                             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
 Antena adalah suatu perangkat yang mengubah sinyal
  listrik menjadi sinyal gelombang elektromagnetik,
  sehingga sinyal tersebut dapat disalurkan lewat ruang
  bebas, atau sebaliknya.


          Pengirim                Penerima
Frekuensi
 Konsep yang sangat penting dalam teori antena
 Antena mengirim dan menerima gelombang
  elektromagnetik (GEM)
 Contoh GEM adalah sinyal yang diterima/dikirim hp,
  termasuk juga cahaya
 Mata kita sebenarnya adalah antena yang menerima
  GEM cahaya pada frekuensi tertentu
 Frekuensi tertentu ini dilihat oleh mata sebagai warna
Frekuensi
 Semua GEM berpropagasi dengan
  kecepatan yang sama di udara. Dgn kec
  300.000 km/detik atau ditulis 3 x 108
  km/detik
 GEM adalah medan listrik yang bercampur
  dengan medan magnet yang menjalar di
  mediaum apa saja, dalam bentuk apapun
 GEM dasar adalah sinus
 GEM bervariasi terhadap posisi dan
  terhadap waktu
Frekuensi




•   Gelombang periodik, yang berulang setiap T detik
•   Gelombang periodik, yang berulang setiap  meter
•   Frekuensi adalah jumlah siklus gelombang selama 1 detik
•   Hubungan f = 1/T
•   Seberapa cepat orang berjalan ditunjukkan oleh langkah
    (panjang gelombang) dikalikan laju mereka melangkah
    (frekuensi), maka ditulis :
                                c= f 
Frekuensi
  Karena kecepatan GEM sama pada suatu medium,
  maka semakin besar frekuensi maka akan semakin
  kecil panjang gelombang, atau sebaliknya




  Semua bentuk sinyal, sebenarnya adalah gabungan
  dari sinyal-sinyal sinus yang memiliki frekuensi yang
  berbeda-beda.
Frekuensi
 Sinus dengan T=2*pi dan amplituda 0.3
Frekuensi
 Frekuensi sinyal 2 kali sinyal pertama
Frekuensi
 Frekuensi sinyal 3 kali sinyal pertama
Frekuensi
 Frekuensi sinyal 4 kali sinyal pertama
Frekuensi
 Teori ini benar untuk seluruh bentuk sinyal
 Secara umum, GEM tidak terdiri dari sejumlah
  frekuensi yang diskrit, tapi lebih berupa jangkauan
  frekuensi yang kontinyu
 Jangkauan frekuensi ini disebut juga dengan Pita
  frekuensi
Frekuensi
 Cek program Matlab berikut:

 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); hold on; 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')
Frekuensi (Latihan)
 Buatlah program Matlab yang menghasilkan 4 sinyal
 yang memiliki frekuensi sbb:
   Sinyal 2 memiliki frekuensi 2 kali frekuensi sinyal 1
   Sinyal 3 memiliki frekuensi 3 kali frekuensi sinyal 1
   Sinyal 4 memiliki frekuensi 4 kali frekuensi sinyal 1
   Amplitudo maks sinyal 1=4
                     sinyal2=2
                     sinyal3=3.5
                     sinyal4=1.25
Pita Frekuensi
 Sinyal yang beroperasi pada frekuensi yang sama, jika
  bercampur dapat saling mengganggu, baik mengganggu
  sebagai noise bagi sinyal lainnya atau menjadi sinyal yang
  saling melemahkan. Hal ini biasanya ini disebut dengan
  interferensi
 Itulah mengapa setiap sinyal yang beroperasi pada daerah
  yang sama mesti memiliki frekuensi yang berbeda
 Contoh: Seluler HP beroperasi pada 1850-1900 MHz,
  televisi 54-216 MHz, radio FM 87-108 MHz
 Ini disebut dengan spektrum, dan spektrum ini
  penggunaannya diatur oleh negara
 Bandwidth (Lebar Pita Frekuensi) suatu sinyal adalah
  frekuensi dimana energi sinyal berada. Misalnya sinyal
  yang memiliki energi yang berada pada frekuensi 40
  sampai 50 MHz, adalah memiliki bandwidth 10 MHz
Pita Frekuensi
 Frequency Band Name        Frequency Range Wavelength (Meters)               Application
Extremely Low Frequency
                                3-30 Hz          10,000-100,000 km    Underwater Communication
         (ELF)
  Super Low Frequency                                                   AC Power (though not a
                               30-300 Hz          1,000-10,000 km
         (SLF)                                                            transmitted wave)
  Ultra Low Frequency
                              300-3000 Hz          100-1,000 km
         (ULF)
Very Low Frequency (VLF)        3-30 kHz            10-100 km            Navigational Beacons
   Low Frequency (LF)          30-300 kHz            1-10 km                   AM Radio
 Medium Frequency (MF)        300-3000 kHz         100-1,000 m          Aviation and AM Radio
  High Frequency (HF)           3-30 MHz             10-100 m               Shortwave Radio
  Very High Frequency
                              30-300 MHz              1-10 m                   FM Radio
         (VHF)
  Ultra High Frequency
                             300-3000 MHz           10-100 cm        Television, Mobile Phones, GPS
         (UHF)
  Super High Frequency                                                  Satellite Links, Wireless
                                3-30 GHz             1-10 cm
         (SHF)                                                              Communication
Extremely High Frequency
                               30-300 GHz            1-10 mm          Astronomy, Remote Sensing
         (EHF)
                               400-790 THz          380-750 nm
    Visible Spectrum                                                          Human Eye
                           (4*10^14-7.9*10^14)     (nanometers)
Pola Radiasi (Radiation Pattern)
 Didefenisikan sebagai variasi daya yang dipancarkan
  oleh antena sebagai fungsi arah
 Pola radiasi ini diukur pada medan jauh, biasanya
  diplot dalam desibel (dB)
Pola Radiasi (Radiation Pattern)
 Biasanya digambarkan juga dalam 2 dimensi agar lebih
 mudah dianalisa


               Z                            y




                                                         x
Pola Radiasi (Radiation Pattern)
 Bentuk lain dari pola radiasi dalam 2 dimensi:




 Elevation () adalah sudut yang diukur dari sumbu z
  dan bertambah jika bergerak turun kebawah
 Azimuth () adalah sudut yang diukur dari sumbu +x
  dan bertambah jika bergerak berlawanan arah jarum
  jam
Pola Radiasi (Radiation Pattern)
 Pola radiasi disebut isotropik jika memiliki pola/besar
  daya yang sama pada semua arah. Antena ini tidak ada
  dalam kenyataannya
 Omnidireksional : jika memiliki pola radiasi sama ke
  segala arah pada suatu bidang tertentu, contohnya
  gambar pola radiasi yang sebelum ini. Contoh antenna
  nya adalah dipole dan antena slot
 Direksional: jika memiliki pola radiasi yang tidak
  simetri, yaitu memiliki satu puncak pada arah
  tertentu, artinya sebagian daya sinyal diarah kan pada
  arah ini, contoh antenanya antena piringan (disk) dan
  antenna slot waveguide
Pola Radiasi (Radiation Pattern)
 Contoh pola radiasi antena direksional
Pola Radiasi (Contoh)          x = cos()2 sin() cos( ), y = cos()2 sin() sin( ), z = cos()2 cos()


                                                  1
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)');      0.5
figure
ezmesh(fx,fy,fz,[0 2*pi 0 pi],100)
colormap([0 0 0])                              0




                                            z
axis equal
set(gca,'xdir','reverse','ydir','reverse')
                                                -0.5




                                                 -1

                                                  -0.2
                                                           0                     -0.2
                                                            0.2              0
                                                                       0.2
                                                       y                         x
Pola Radiasi (Contoh)                                                1

set(0,'defaultfigurecolor','w')                                     0.9


N=12;                                                               0.8

                                                                    0.7
d=.25;
                                                                    0.6




                                                    Field Pattern
th=-pi/2:.01:pi/2;                                                  0.5

an=th*180/pi;                                                       0.4


AF1=abs(sin(N*pi*d*sin(th))./(N*(pi*d*sin(th))));                   0.3

                                                                    0.2
figure;plot(an,AF1,'k')
                                                                    0.1
xlabel('\theta')                                                     0
                                                                           -80        -60   -40   -20   0   20   40   60   80
ylabel('Field Pattern')                  0
                                                                                                        
                                     330          30

axis([-90 90 0 1])
grid on                          300                                       60


figure;polar(th,AF1,'k')
                                                                          0.8    1
                                                               0.6
view(90,-90)                 270
                                            0.2 0.4
                                                                                 90




                             240                                          120




                                   210            150

                                          180
   Pola Radiasi (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 .
Daerah Medan
 Medan disekitar antena dibagi tiga:
    Medan dekat reaktif
    Medan dekat radiasi atau daerah Fresnel
    Medan jauh atau daerah Fraunhofer
 Daerah yang paling penting adalah medan jauh
 Karena antena efeknya dianalisa pada daerah ini
 Medan Jauh
    Daerah jauh dari antena
    Pola radiasi tidak berubah bentuknya terhadap jarak
    Didominasi oleh medan radiasi
    Medan E dan H orthogonal satu sama lain
    Arah propogasi searah dengan bidang gelombang
    R > 2D2/ ; R>> D ; R>> 
Daerah Medan
Daerah Medan
 Daerah Medan dekat reaktif
   Didominasi medan reaktif, artinya medan E dan H
    berbeda fasa 90 derajat
   R < 0.62 (D3/ )
 Daerah Medan dekat radiasi
   Daerah antara medan jauh dan medan dekat reaktif
   Medan reaktif tidak mendominasi, medan radiasi
    muncul
   Pola radiasi dapat berubah terhadap jarak
   0.62 (D3/ ) < R < 2D2/
   Medan ini bisa ada bisa tidak, tergantung dari nilai R
    dan panjang gelombang
Daerah Medan (kesimpulan)
Pengarahan (Direktivitas)
 Mengukur seberapa mengarahkah pola radiasi sebuah
    antena.
   Antena yang meradiasi sama segala arah memiliki
    pengarahan nol dB atau 1 kali
   Pola radiasi antena ternormalisai dapat ditulis dalam
    fungsi koordinat spherical F(,)
   Pola radiasi antena ternormalisasi sama dengan pola
    radiasi tapi magnitudenya yang terbesar diset menjadi
    1
   Pengarahan
Pengarahan (Direktivitas)
 Nampaknya rumusnya rumit, tapi ini sangat
 sederhana sebenarnya
                             Nilai pola radiasi ternormalisasi
                             maksimum




                Daya rata-rata yang diradiasikan pada seluruh
                arah
Pengarahan (Direktivitas)
 Contoh: terdapat dua antena, dengan pola radiasi sbb:
                          antena 1
                          antena 2
 Gambarkanlah pola radiasi kedua antena tersebut!




 Perhatikan bahwa pola radiasi tersebut hanya sebagai
  fungsi elevasi
 Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa antena 2 lebih
  mengarah dibanding antena 1
Pengarahan (Direktivitas)
 Menggunakan rumus pengarah, dapat dihitung nilai
    pengarahan kedua antena diatas yaitu
   Antena 1 = 1,273 (1.05 dB)
    antena 2= 2.707 (4.32 dB)
   Semakin tinggi pengarahan maka semakin fokus suatu
    antena
   Antena 2 menerima daya 2.707 kali lebih kuat pada puncak
    pengarahan antena dibandingkan daya yang diterima oleh
    antena isotropik.
   Bagaimana dengan antena 1?
   Antena hp seharusnya memiliki pengarahan yang rendah,
    karena sinyal dapat datang dari sembarang arah.
    Sedangkan antena satelit harusnya memiliki pengarahan
    yang tinggi, karena menerima sinyal pada arah tertentu.
   Bagaimana dengan antena TV?
Pengarahan (Direktivitas)
                                        Typical           Typical
          Tipe antena
                                      Directivity     Directivity (dB)
Short Dipole Antenna                      1.5                1.76
Half-Wave Dipole Antenna                  1.64               2.15
Patch (Microstrip) Antenna              3.2-6.3              5-8
Horn Antenna                           10-100               10-20
Dish Antenna                          10-10,000             10-40
 Biasanya antena yang kecil akan memiliki pengarahan yang rendah, jika
  kita menggunakan antena dengan ukuran 0.25 -0.5 , biasanya akan
  mendapat pengarahan kecil dari 3 dB
 Kita tidak dapat membuat antena kecil dari 0.25  tanpa mengorbankan
  efisiensi dan bandwidth antena
 Sebaliknya, antena dengan ukuran besar (>> ), maka antena ini akan
  memiliki pengarahan yang tinggi, seperti antena parabola dan antena
  horn
Pengarahan (direktivitas) contoh
 Tentukan pengarahan untuk antena dengan pola
 radiasi sebagai berikut:

  U(,) = E02 sin2/2
Efiesiensi Antena
 Berhubungan dengan daya yang disalurkan oleh antena
  dan daya yang diradiasikan oleh antena
 Semakin tinggi efisiensi antena berarti semakin banyak
  daya yang inputkan ke antena yang diradiasikan oleh
  antena tersebut
 Antena dengan efisiensi rendah berarti lebih banyak daya
  yang diserap oleh antena dan menjadi loss (hilang) dalam
  antena, atau dipantulkan balik karena impedansi yang
  tidak match, dibandingkan banyaknya daya yang
  diradiasikan.
 Beberapa jenis loss pada antena:
   Loss konduksi disebabkan konduktivitas antena
   Loss diaklektrik disebabkan konduktivitas dalam bahan
    diaklektrik antena
Efiesiensi Antena
 Efisiensi antena ditulis sebagai perbandingan antara
    daya yang diradiasikan dan daya yang dicatukan ke
    antena:

 Efisiensi 50 % berarti daya yang diradiasikan adalah
    setengah dari daya yang dicatukan ke antena
   Efisiensi 50 % ditulis juga 0.5 atau -3 dB
   Efesiensi diatas juga disebut efesiensi radiasi
   Ada juga istilah efisiensi total yaitu: efesiensi radiasi
    dikalikan dengan loss missmatch impedansi antena
    loss missmatch impedansi antena adalah loss yang
    disebabkan tidak match-nya impedansi antena dengan
    impedansi perangkat yang terhubung dengan antena
 Efiesiensi Antena
 Jika     adalah efisiensi total, loss antena karena impedansi
    mismatch, dan efisiensi radiasi antena maka :
        biasanya antara 0 dan 1 sehingga efisiensi total selalu lebih
    kecil dari efisiensi radiasi
   efisiensi bisa mendekati 100% untuk antena piringan (dish),
    antena horn, dan dipole setengah lamda jika tidak benda-
    benda lossy disekitar nya
   Antena HP, antena WiFi biasanya memiliki efisiensi 20-70%
   Loss biasanya disebabkan elektroniks dan materi disekitar
    antena yang cendrung menyerap daya yang diradiasikan oleh
    antena dan mengubahnya menjadi panas, dan mengurangi
    efisiensi antena
   Antena radio mobil, efesiensinya sangat rendah yaitu 1 %,
    karena antena ini lebih kecil dari setengah lamda
   Antena ini tetap digunakan karena stasiun AM memancarkan
    daya yang tinggi
 Penguatan (Gain) Antena
 Gain adalah seberapa banyak daya ditransmisikan pada
  arah puncak radiasi dibandingkan dengan sumber
  isotropik
 Istilah gain lebih sering dipakai dalam hal praktis
  dibandingkan pengarahan
 Gain 3 dB berarti daya yang diterima oleh antena adalah
  3 dB (dua kali lipat) lebih tinggi dibandingkan daya
  yang diterima oleh sebuah antena isotropik
 Gain sering juga sebagai fungsi sudut arah, tetapi jika
  tidak diketahui sudut arahnya , itu artinya gain pada
  arah puncak radiasi.
 Penguatan (Gain) Antena
 Jika G adalah Gain, maka:
 Gain antena bisa mencapai 40-50 dB untuk
 antena parabola (disc), bisa juga serendah
 1,76 dB, tapi secara teori tidak pernah lebih
 kecil dari 0 dB.
 Tetapi gain antena bisa sangat kecil
 dikarenakan loss yang tinggi dan efesiensi
 yang rendah, bisa sampai sebesar -10 dB
Lebar Pancaran (beamwidth)
 Misalnya sebuah antena memiliki pola radiasi



 Gambarnya berbentuk sbb:
Lebar Pancaran (beamwidth)
 Pancaran utama (main beam) adalah daerah disekitar arah
  radiasi maksimum (daerah diantara puncak radiasi dan 3
  dB). Disebut juga main lobe. Mainlobe pada gambar
  berpusat di 900
 Pancaran sisi (sidelobe) adalah pancaran yang lebih kecil
  dari pancaran utama. Biasanya pancaran sisi ini mengarah
  kearah yang tidak diinginkan, dan tidak pernah bisa
  dihilangkan, yang bisa adalah diminimumkan. Side loba
  gambar adalah 450 dan 1350
 Lebar pancaran setengah daya (Half Power beamwidth)
  adalah jarak sudut dimana magnitude dari pola radiasi
  berkurang 50% (-3dB) dari puncak pancaran utama. Pada
  gambar pola berkurang -3dB pada 77.7 dan 102.3 derajat,
  sehingga HPBW adalah 102.3-77.7 = 24.6 derajat
Lebar Pancaran (beamwidth)
 Null to Null beamwidth (lebar pancaran nol ke nol)
  adalah jarak sudut dimana magnitude dari pola radiasi
  berkurang sampai nol. Pada gambar , pola berkurang
  sampai nol adalah pada 60 dan 120 derajat, sehingga
  NNBW adalah 120-60 =60
 Level pancaran sisi (sidelobe) digunakan untuk
  menentukan karakteristik pola radiasi. Level Sidelobe
  adalah nilai maksimum dari sidelobe, yang pada
  gambar adalah -14.5 dB
Impedansi Antena
 Impedansi antena adalah hubungan antara tegangan
  dan arus pada input antena
 Inpedansi 50 ohm berarti jika ada teganan sinus 1 volt
  pada input antena, arus akan memiliki amplituda
  1/50=0.02 amper. Karena impedansi real maka arus
  dan tegangan akan satu fasa
 Jika impedansi Z= 50+j*50 ohm, magnitude impedansi
  adalah                   dan fasa

 ini artinya arus akan tertinggal 450 dari tegangan
Impedansi Antena
 Jika ada tegangan (dgn frekuensi f) pada input antena

 maka arus akan :
 Jadi konsep impedansi sederhana saja, yaitu nilai yang
    menghubungkan tegangan dan arus
   Nilai real dari impedansi merepsentasikan daya yang
    diradiasikan oleh antena keluar atau daya yang diserap
    oleh antena.
   Nilai imajiner memrepresentasikan daya yang
    disimpan pada medan dekat
   Antena dengan nilai real saja (imaginer=0), disebut
    resonant
   Impedansi antena akan berubah terhadap frekuensi
Impedansi Antena
 Frekuensi rendah
    Jika kita menggunakan frekuensi rendah, saluran
     transmisi dari transmiter atau receiver ke antena adalah
     “pendek”
    “Pendek” dalam istilah antena adalah “relatif terhadap
     panjang gelombang”
    Pada frekuensi 60 Hz, panjang gel 3100mil, sehingga
     saluran transmisi bisa dikatakan pendek bahkan
     diabaikan
    Akan tetapi, pada frekuensi 2 GHz, panjang gel 15 cm,
     sehingga sedikit penambahan panjang saluran transmisi
     pada antena akan dianggap sebagai “panjang”
    Biasanya panjang saluran yang lebih kecil dari 10 kali
     panjang gelombang, dinyatakan sebagai saluran pendek
Impedansi Antena
 Jika sebuah antena dihubungkan dengan sumber
 tegangan, dimana ZA adalah impedansi antena dan ZS
 adalah impedansi sumber. Rangkaian ekivalen adalah
 sbb:




 Daya yang dialirkan ke antena dapat dihitung pakai
 konsep teori rangkaian dimana P=I x V
Impedansi Antena
 Dari persamaan tersebut, dapat diketahui bahwa jika ZA
    sangat kecil dibanding ZS, maka tidak ada daya yang
    masuk ke antena, begitu juga jika ZA sangat besar
    dibanding ZS, maka tidak ada daya yang masuk ke antena
   Untuk mendapatkan transfer daya maksimum dari sumber
    ke antena, maka nilai ideal untuk impedansi antena adalah
    ZA=ZS*
   Tanda * menyatakan konyugat kompleks, jadi jika
    ZS=30+j*30, maka untuk mendapatkan transfer daya
    maksimum ZA=30-j*30
   Biasanya impedansi sumber adalah real, sehingga
    diperlukan ZA=ZS
   Impedansi adalah salah satu parameter penting dalam
    disain antena
Impedansi Antena
 Frekuensi tinggi
    Pada frekuensi rendah, panjang saluran transmisi tidak
     menjadi masalah
    Pada frekuensi tinggi, ketika panjang saluran transmisi
     adalah beberapa kali panjang gelombang, teori
     rangkaian listrik sudah tidak berlaku.
    Sebagai contoh: short-circuit akan memiliki impedansi
     nol, tapi pada frekuensi tinggi sebuah short-circuit pada
     jarak ¼*lamda akan memiliki nilai impedansi tidak
     hingga
 Impedansi antena harus match dengan impedansi
  saluran transmisi dalam rangka transfer daya
  maksimum
Impedansi Antena
 Impedansi akan diukur pada ujung saluran transmisi
 (dengan impedansi karakteristik Zo dan panjang L).
 Ujung saluran transmisi disambung pada antena dgn
 impedansi ZA seperti gambar




 Berdasarkan teori saluran transmisi, impedansi input
 Zin adalah
Impedansi Antena
 Terlihat bahwa Zin adalah fungsi jarak L sehingga
  analisa menjadi sulit
 Tetapi ada kemudahan, yaitu jika sebuah antena
  match dengan saluran transmisi (ZA=Zo), maka
  impedansi input tidak tergantung dari jarak L
 Jika antena tidak match, maka impedansi input akan
  bervariasi terhadap jarak L, dan jika impedansi input
  tidak match dengan impedansi sumber, maka daya
  akan banyak yang dipantulkan balik ke sumber,
  sehingga daya tidak banyak yang ditransfer sampai ke
  antena
 Loss seperti ini disebut ketidaksesuaian impedansi
  (impedance mismatch)
Impedansi Antena
 Parameter yang biasa digunakan untuk menggambarkan
  seberapa match antena terhadap saluran transmisi atau
  sumber adalah VSWR (voltage standing wave ratio)
 VSWR selalu > 1, nilai 1 mengindikasikan tidak ada
  mismatch loss (antena secara sempurna match dengan
  saluran transmisi), semakin tinggi VSWR maka akan
  semakin tinggi mismatch loss
 VSWR = 3 berarti 75% daya tersalur keantena (1.25 dB
  mismatch loss), VSWR=7 berarti 44% daya tersalur
  keantena (3.5 dB mismatch loss)
 Day a yg dipantulkan oleh antena pada saluran transmisi
  akan bercampur dengan daya yang menuju antena, ini
  menghasilkan gelombang tegangan berdiri (voltage
  standing wave) yang nilainya diukur oleh parameter VSWR
Lebar Pita (bandwidht) Antena
 Menggambarkan jangkauan frekuensi pada mana
  atena dapat secara baik meradiasikan atau menerima
  sinyal
 Biasanya bandwidth ditentukan dari VSWR. Sebagai
  contoh, sebuah antena dikatakan beroperasi pada
  frekuensi 100-400 MHz dengan VSWR<1.5


 Pernyataan diatas berdampak bahwa koefesien
 pantulan adalah kurang dari 0.2 disepanjang
 jangkauan frekuensi. Karenanya, hanya 4% daya yang
 dipantulkan ke sumber. Alternatif return loss (loss
 membalik) = S11= 20*log10(0.2)=-13.98 dB
Lebar Pita (bandwidht) Antena
 ini bukan berarti 96% daya yang dikirim ke antena
  dapat seluruhnya diradiasikan dalam bentuk GEM,
  tetapi juga tergantung dari loss
 Pola radiasi juga bervariasi terhadap frekuensi, namun
  tidak terlalu
 Kriteria lain dalam menentukan bandwidth adalah
  polarisasi dalam suatu jangkuan frekuensi
 Sebuah antena dapat dinyatakan memiliki polarisasi
  circular dengan axial ratio (rasio sumbu) < 3dB dari
  1.4-1.6 GHz.
Polarisasi Gelombang
 Sebuah GEM bidang (plane GEM) dinyatakan merambat kearah
  tertentu (dimana tidak ada variasi medan pada dua arah orthogonal
  lainnya)
 Pada kasus ini, medan listrik dan medan magnet tegak lurus satu sama
  lainnya dan terhadap arah rambatnya
 Sebagai contoh:


 Medan E mengarah ke +x, dan medan H ke arah +y, kedua medan
  tersebut merambat ke arah +z
Polarisasi Gelombang
 Polarisasi adalah arah medan E selama propagasi
 Misalnya medan E pada (x,y,z)=(0,0,0) sebagai fungsi
 waktu untuk gelombang bidang pada persamaan
 sebelumnya. Amplituda diplot pada gambar berikut:
Polarisasi Gelombang
 Terlihat E berosilasi magnitudenya dalam arah-x,
  karena medan E membentuk garis tunggal, maka
  medannya disebut terpolarisasi linear.
 Jika x sejajar dengan bumi, maka disebut terpolarisasi
  horizontal (h-pole)
 Jika tegak lurus dengan bumi, maka disebut
  terpolarisasi vertikal (v-pole)
 Persamaan berikut medan E memiliki komponen x
  dan y

 Yang berikut adalah juga polarisasi
 linear seperti gambar disamping
Polarisasi Gelombang
 Polarisasi circular adalah medan E berubah-ubah
    membentuk lingkaran
   Misalnya persamaan medan
   Komponen x dan y berbeda fasa 90 derajat
   Jika medan diamat pada (x,y,z)=(0,0,0) maka plot E
    terhadap waktu sbb:
   Kriteria polarisasi circular
     Medan E harus memiliki 2
      komponen saling tegak lurus
     kedua komponen harus
      punya magnitude yang sama
     Kedua komponen harus beda
      90 derajat
Polarisasi Gelombang
 Jika medan pada gambar berubah berlawanan jarum
  jam maka disebut dengan Right Hand Circularly
  Polarized (RHCP) dan jika searah jarum jam maka
  disebut Left Hand Circularly Polarized (LHCP)
 Polarisasi Elip memiliki dua komponen yang saling
  tegak lurus yang berbeda fasa 90 derajat, tapi tidak
  memiliki amplituda yang sama, misalnya
Polarisasi Gelombang
 Polarisasi elip ditentukan oleh eccentricity, yg
  didefenisikan sebagai rasio amplituda sumbu mayor
  terhadap sumbu minor, dalam persamaan sebelumnya
  didapat 1/0.3 = 3.33
 Polarisasi elip juga ditentukan oleh arah sumbu mayor,
  pada kasus diatas adalah sumbu x
 Polarisasi circular dan linear adalah kasus khusus dari
  polarisasi elip, dimana jika eccentricity =1 maka
  membentuk polarisasi circular, dan jika eccentricity
  tidak hingga maka membentuk polarisasi linear
Polarisasi Gelombang
 Polarisasi elip ditentukan oleh eccentricity, yg
  didefenisikan sebagai rasio amplituda sumbu mayor
  terhadap sumbu minor, dalam persamaan sebelumnya
  didapat 1/0.3 = 3.33
 Polarisasi elip juga ditentukan oleh arah sumbu mayor,
  pada kasus diatas adalah sumbu x
 Polarisasi circular dan linear adalah kasus khusus dari
  polarisasi elip, dimana jika eccentricity =1 maka
  membentuk polarisasi circular, dan jika eccentricity
  tidak hingga maka membentuk polarisasi linear
Polarisasi Antena
 Adalah polarisasi dari medan yang diradiasikan oleh
  antena, yang dilihat pada medan jauh
 Antena terpolarisasi horizontal tidak dapat
  berkomunikasi dengan antena terpolarisasi vertikal
 Dua antena bisa berkomunikasi jika memiliki
  polarisasi yang sama
 Jika dua antena terpolarisasi linear berkomunikasi,
  dimana terdapat perbedaan sudut sebesar , maka
  terjadi ketidakcocokan polarisasi (polarization
  mismatch) yang direpresentasikan oleh polarization
  loss factor (PLF)
Polarisasi Antena
 Polarisasi ini juga alasan, mengapa kadangkala dengan
  memiringkan hp kita dapat meningkatkan penerimaan sinyal
  karena pada dasarnya hp polarisasinya linear
 Polarisasi circular lebih diinginkan karena tidak ada loss apabila
  ada polarization mismatch, antena GPS dan satelit
  menggunakan polarisasi circular
 Jika antena polarisasi circular berkomunikasi dengan antena
  polarisasi linear atau sebaliknya, maka akan terjadi missmatch
  loss sebesar 0.5 (-3dB), ini karena sebenarnya polarisasi circular
  memliki 2 komponen orthogonal, maka antena polarisasi linear
  akan hanya menangkap sinyal yang sephasa dengannya




 Loss factor polarisasi biasanya juga disebut efisiensi polarisasi,
  faktor mismatch antena, atau faktor penerimaan antena
Daerah efektif (Effective area)
 Parameter yang berguna untuk menghitung daya terima
  sebuah antena adalah daerah efektif
 Misalnya sebuah sinyal GEM memiliki polarisasi yang sama
  dengan polarisasi antena penerima tiba di antena tersebut,
  dimana GEM tersebut datang pada arah penerimaan
  radiasi maksimum, maka daerah efektif menggambarkan
  daya yang ditangkap dari GEM tersebut
 Misalnya W adalah densitas daya GEM (W/m2), P daya
  pada terminal antena, maka:

 Sehingga area efektif merepresentasikan berapa banyak
  daya yang ditangkap dari GEM dan di salurkan ke antena
Daerah efektif (Effective area)
 Hubungan antara daerah efektif dan gain adalah



 Daerah efektif dapat diukur pada sebuah antena
 dengan membandingkan sebuah antena yang
 diketahui daerah efektifnya, atau dengan menghitung
 menggunakan gain yang diukur dan persamaan diatas
Formula Transmisi Friis
 Formula ini digunakan untuk menghitung daya yang
 diterima dari sebuah antena (G1), ketika ditransmisikan
 dari antena lain (G2) yang terpisah dengan jarak R dan
 beroperasi pada frekuensi f




 Asumsikan bahwa daya PT dialirkan ke antena pengirim.
 Asumsikan antena nya omnidireksional, lossless dan
 antena penerima berada jauh dari antena pengirim. Daya p
 dari GEM yang tiba di antena penerima adalah:
Formula Transmisi Friis
 Jika antena pengirim memiliki gain pada arah antena
 penerima GT, maka persamaan nya menjadi:



 Jika antena penerima memiliki daerah efektif AER,
 maka daya yang diterima oleh antena penerima adalah



 Karena daerah efektif dapat dinyatakan sebagai
 maka daya terima menjadi:
Formula Transmisi Friis
 Formula ini disebut juga formula transmisi Friis. Formula
  ini menghubungkan gain antena, free space loss daya
  terima dan daya kirim
 Bisa juga dinyatakan sebagai :



 Atau dalam bentuk lain yaitu:
  PR= PT+GT+GR-LFS ; semua komponen dalam dB
 Dimana LFS = 32.45 + 20 log f (MHz) + 20 log d (km)
 Semakin tinggi frekuensi dan jarak maka path loss semakin
  tinggi
 Ini alasan mengapa seluler bekerja dibawah 2 GHz, karena
  antenanya harus omnidireksional, dimana gain rendah,
  makanya tidak boleh frekuensi terlalu tinggi karena loss
  akan tinggi
Formula Transmisi Friis
 Komunikasi gelombang milimeter pada 60 GHz hanya
  dimungkinkan sementara ini untuk dalam jarak dekat
  dimana pengirim dan penerima saling menghadap (point
  to point)
 Mengenai band untuk 4G pada 700 MHz, maka operator
  akan senang karena frekuensi lebih rendah, sehingga loss
  rendah, sehingga untuk daya yang sama bisa mencakup
  daerah yang lebih luas
 Tapi tentunya handphone perlu antena yang lebih panjang
  karena frekuensi rendah berarti panjang gelombang
  bertambah, sehingga dimensi antena harus ikut bertambah
 Jika kedua antena penerima dan pengirim tidak match
  polarisasinya maka persamaan Friis menjadi
Temperatur antena
 Menggambarkan seberapa banyak antena menghasilkan
    noise yang akan ditambahkan kepada sinyal yang diterima
    atau dikirim
   Temperatur antena bergantung pada bentuk gain dan
    panas lingkungan sekitar antena
   Terdapat istilah distribusi temperatur T(,) yaitu
    temperatur pada setiap arah dari antena pada koordinat
    spherical, sebagai contoh langit malam = 4Kelvin
   Sehingga temperatur antena berbeda-beda tergantung
    kepada mana antena mengarah.
   Jika sebuah antena memiliki pola radiasi R(,), maka
    temperatur antena:
Temperatur antena
 Persamaan tadi menyatakan bahwa temperatur disekitar
  antena diintegralkan keseluruh sphere, yang dikalikan
  dengan pola radiasi antena.
 Karenanya, antena isotropik akan mempunyai temperatur
  noise yang merupakan rata2 semua temperatur disekitar
  antena
 Untuk antena dengan sangat mengarah, temperatur antena
  hanya tergantung pada temperatur pada arah antena
  menghadap
 Daya noise yang diterima antena pada temperatur TA dapat
  dinyatakan sbb:
Temperatur antena
 K adalah konstanta Boltzmann’s 1.38 x 10-23 (J/K)
 Penerima juga memiliki temperatur TR , maka temperatur
  total sistem (antena + penerima) menjadi Tsys = TA + TR
 Sebuah paramter yang sering disebutkan dalam spesifikasi
  sebuah antena adalah rasio gain antena terhadap
  temperatur antena atau temperatur total sistem
 Ditulit sebagai Noise Figure G/T (dB/K)

								
To top