Pengukuran Besaran Antena

Pengukuran Besaran Antena

1. Pendahuluan

Dalam Perancangan antena ada tiga langkah yang dilakukan:1. Perhitungan2. Pembuatan (fabrikasi secara mekanis)3. Pengukuran (validasi)

Seringkali langkah-langkah ini diulang-ulang secara iteratif sampai tujuan yang diinginkan tercapai. Teknik pengukuran besaran antena adalah proses mengukur besaran-besaran karakteristik dari antena, seperti;

Diagram arah medan dan Diagram arah fasa Gain, direktivitas dan efisiensi Impedansi input VSWR Bandwith

Di dalam prakteknya, sebuah antena selain harus memenuhi besaran-besaran elektris yang digariskan dalam perancangannya, antena itu juga harus memenuhi beberapa tuntutan lainnya yang non-elektris, seperti antena yang dimontasikan pada pesawat terbang harus memiliki suatu ketahanan mekanis dan termis tertentu, atau antenna radio/TV yang dipasang pada gunung harus tahan, sampai beban atau tenggang waktu tertentu, terhadap pengaruh cuaca yang ada di sana. Jadi selain pengukuran secara elektris di atas, yang tidak dibahas di modul ini adalah testing antena akan ketahanan mekanis, ketahanan terhadap vibrasi, terhadap korosi dan terhadap hentakan mekanis, dan lain sebagainya.

1. Diagram arah medan dan diagram arah fasa.Pengukuran diagram arah dilakukan pada suatu permukaan bola dengan radius konstan.

Sedemikian, bahwa diagram arah dapat kita duga adalah 3 dimensi. Namun akuisi 3D adalah tidak praktis, sehingga potongan orthogonal diagram arah 2D lebih sering di tampilkan.

1

Pada pengukuran diagram fasa, ada 2 macam sistem dasar yaitu : (1) sistem dengan sinyal refensi yang didapat dari sumber melalui saluran transmisi. (2) sistem yang memakai referensi berupa sinyal yang diterima dari antena yang tetap dan didekatkan antena yang diukur.

Pada sistem pertama, dipakai untuk pengukuran medan yang berjarak tidak jauh dari sumber. Sedangkan sistem kedua dipakai untuk pengukuran medan jauh.

Pengukuran diagram fasa dilakukan dengan memutar antena yang diukur, sedangkan antena yang tetap bertindak sebagai referensi. Rangkaian pengukur fasa dapat berbentuk sistem heteodyne 2 kanal.

2. Pengukuran gain , direktifitas dan effisiensiPengkuran gain

Metoda Pengukuran Gain :

Metoda yang dipakai untuk mengukur Gain sebuah antena ada beberapa macam antara lain :

a) Metoda Pengukuran Absolut

b) Metoda Pengukuran banding / relatif

2

Berikut diagram : a) Pengukuran Gain Absolut frekuensi Tunggal

b) Pengukuran Gain Absolut frekuensi Sapu

3

Pengukuran Gain menggunakan 2 Antena :

( Two Antena Method ) Sering disebut juga metoda resiprositas ( reciprocity method )

Pengukuran Gain menggunakan 3 Antena :

( Three Antena Method)

4

Sehingga akan didapat persamaan sebagai berikut

Pengukuran Gain dengan menggunakan Medan Refleksi Tanah :(Gtround Reflection Method)

5

Pengukuran Gain dengan menggunakan Metoda Extrapolasi :

Metoda Perbandingan Gain ( Gain Comparison Method )

Direktifitas

6

Efisiensi

3. Pengukuran SWR dan dan kalibrasi SWR Meter

Skema Rangkaian SWR Meter dan Cara Kalibrasi. Pada Transmisi Daya RF, apabila Impedansi

Saluran Transmisi tidak sesuai dengan Impedansi Beban (antenna), maka akan muncul Daya

Pantul (Reflected Power) pada saluran transmisi menuju sumber (transmitter). Daya pantul ini

7

akan berinterferensi dengan daya dari pemancar (Forward Power) dan menghasilkan Gelombang

Tegangan Berdiri pada saluran (Volt Standing Wave).

Nilai SWR dapat dihitung melalui perbandingan Impedansi Beban terhadapImpedansi Saluran

Transmisi, yaitu :

Pengukuran Nilai VSWR dapat

dilakukan dengan mengukur

perbandingan tegangan maju (forward)

dan tegangan pantul (reverse). Kita

dapat membuat SWR Meter dengan

skema seperti di bawah ini :

Bagian utama dalam Membuat SWR

Meter adalah potongan kabel coaxial

50 Ohm sepanjang 12 cm. Dapat

digunakan RG-58 A/U atau RG-8

untuk dapat melewatkan daya yang

lebih besar. Bagian tepi dikupas dan

dibuang serabut luarnya sehingga

tinggal tersisa 10 cm yang memiliki

serabut luar. Selanjutnya bagian tengah

dikerat sekitar 2 cm sehingga terlihat

serabut luarnya. Kemudian dirangkai

seperti skema di atas.

Pemilihan VU Meter sangat kritis, pengertiannya adalah kualitas dari VU Meter harus

diperhatikan khususnya arus nominalnya. Standar VU untuk SWR Meter adalah 0 – 100 uA.

8

Namun masih dapat ditoleransi dengan pemakaian VU Meter 0 – 1 mA, dengan kompensasi

sensitivitas SWR Meter yang berkurang. Selain itu, Karaktersitik VU Meter harus dipastikan

Linear, artinya skala penunjukan harus Linear. Di lain pihak dalam Membuat SWR Meter,

Konstruksi dari Sheldingsangat menentukan sekali terhadap kebocoran RF dan nilai Impedansi

dari selubung rangkaian SWR Meter.

Kalibrasi Rangkaian SWR Meter :

1. Hubungkan SWR Meter antara pemancar dengan Dummy Load 50 Ohm. Hubungkan

sesuai posisi konektor (TX ke pemancar dan ANT ke Dummy Load). Atur posisi VR2

pada minimal.

2. Hidupkan pesawat dan atur VR2 ke arah maksimal sampai jarum Forward mencapai

skala Maksimal. Sambil memperhatikan jarum Reverse.

3. Atur VR1 sampai jarum Reverse menunjuk pada skala Nol (Minimal), sambil

memperhatikan kondisi jarum Forward agar selalu pada skala maksimal (mungkin harus

merubah sedikit posisi VR2).

4. Matikan pesawat. Balik posisi SWR Meter (TX ke Dummy Load dan ANT ke Pesawat).

Nyalakan Pesawat. Pastikan jarum Reverse pada skala Maksimal dan jarum Forward

pada skala Nol (Minimal). Apabila tidak demikian, putar sedikit VR1 dan ulangi langkah

no.2  s/d  4.

Kalau tindakan no.4 tidak juga memperoleh penunjukan yang sama (jarum Reverse tidak

menunjuk skala Maksimal dan Forward tidak Minimal), maka yang harus dilakukan adalah

menggeser posisi solderan VR1 pada serabut luar Coaxial sedikit ke kiri atau ke kanan.

Ulangi langkah no.1 sampai dengan 5 hingga memperoleh hasil penunjukan yang sama.

Hasil pengukuran SWR Meter sangat ditentukan oleh Kualitas dan Panjang Saluran Transmisi

karena rugi-rugi saluran, khususnya apabila SWR Meter diletakkan dekat pemancar

(Transmitter) dan kabel transmisi yang begitu panjang. Misal, sebuah pemancar dengan tegangan

keluar 12 volt. Karena rugi-rugi pada saluran transmisi maka tegangan yang sampai ke antena 10

Volt. Karena ketidak-sesuaian Impedansi Beban dengan Impedansi Saluran Transmisi, maka

muncul tegangan pantul sebesar 3 Volt menuju pemancar. Dan karena rugi-rugi saluran

9

transmisi, tegangan pantul yang sampai ke pemancar tinggal 2,5 Volt. Maka VSWR terukur

adalah :

Jika SWR Meter diletakkan di ujung saluran transmisi dekat dengan antena, maka VSWR

terukur adalah :

Ternyata dengan menempatkan SWR Meter di ujung saluran transmisi dekat dengan antena

diperoleh hasil pengukuran VSWR yang lebih tinggi dibanding menempatkan SWR Meter dekat

dengan pemancar. Kalau demikian dimanakah seharusnya SWR Meter ditempatkan?. Tentunya

menempatkan SWR Meter dekat dengan pemancar lebih menguntungkan apabila nilai VSWR

rendah (1 atau 1,1). Kalau VSWR masih menunjuk angka yang tinggi (diatas 1,5 atau hampir

menyentuh 2,0), maka Matching Antenna perlu dilakukan.

4. Bandwidth

Bandwidth antena didefinisikan sebagai ”range frekuensi antena dengan beberapa karakteristik,

sesuai dengan standar yang telah ditentukan”. Untuk Broadband antena, lebar bidang dinyatakan

sebagai perbandingan frekuensi operasi atas (upper) dengan frekuensi bawah (lower). Sedangkan

untuk Narrowband antena, maka lebar bidang antena dinyatakan sebagai persentase dari selisih

frekuensi di atas frekuensi tengah dari lebar bidang (Balanis, 1982: 47).

Untuk persamaan bandwidth dalam persen (Bp) atau sebagai bandwidth rasio (Br)

dinyatakan sebagai (Punit, 2004: 22) :

Bp=f u− f l

f c

×100 %

f c=f u+ f l

2

10

Br=f u

f l

dengan :

Bp = bandwidth dalam persen (%)

Br = bandwidth rasio

fu = jangkauan frekuensi atas (Hz)

fl = jangkauan frekuensi bawah (Hz)

5. Impedansi Input

Impedansi input suatu antena adalah impedansi pada terminalnya. Impedansi input akan

dipengaruhi oleh antena-antena lain atau obyek-obyek yang dekat dengannya. Untuk

mempermudah dalam pembahasan diasumsikan antena terisolasi.

Impedansi antena terdiri dari bagain riil dan imajiner, yang dapat dinyatakan dengan :

Zin = Rin + j Xin

Resistansi input (Rin) menyatakan tahanan disipasi. Daya dapat terdisipasi melalui dua cara,

yaitu karena panas pada srtuktur antena yang berkaitan dengan perangkat keras dan daya yang

meninggalkan antena dan tidak kembali (teradiasi). Reaktansi input (Xin) menyatakan daya yang

tersimpan pada medan dekat dari antena. Disipasi daya rata-rata pada antena dapat dinyatakan

sebagai berikut :

Pin = ½ R | Iin |2

Dimana :

Iin : arus pada terminal input

Faktor ½ muncul karena arus didefinisikan sebagai harga puncak. Daya dissipasi dapat

diuraikan menjadi daya rugi ohmic dan daya rugi radiasi, yang dapat ditulis dengan :

Pin = Pohmic + Pr

11

Dimana :

Pr : ½ Rin | Iin |2

Pohmic = ½ Rohmic | Iin |2

Sehingga definisi resistansi radiasi dan resistansi ohmic suatu antena pada terminal input

adalah :

Rin=2 Pr

|Pm|2

Rohmic=2 (Pm−Pr )

|Pm|2

Resistansi radiasi merupakan relatif terhadap arus pada setiap titik antena. Biasanya digunakan

arus maksimum, dengan kata lain arus yang digunakan pada persamaan 1.30 adalah arus

maksimum. Sifat ini sangat mirip dengan impedansi beban pada teori rangkaian. Antena dengan

dimensi kecil secara listrik mempunyai reaktansi input besar, sebagai contoh dipole kecil

mempunyai reaktansi kapasitif dan loop kecil mempunyai reaktansi induktif,

Untuk memaksimumkan perpindahan daya dari antena ke penerima, maka impedansi

antena haruslah conjugate match (besarnya resistansi dan reaktansi sama tetap berlawanan

tanda). Jika hal ini tidak terpenuhi maka akan terjadi pemanulan energi yang dipancarkan atau

diterima, sesaui dengan persamaan sebagai berikut :

GL =

e1−

e1+=

Z1−Zm

Z1+Zm

Dengan :

e-L = tegangan pantul ZL = impedansi beban

e+L = tegangan datang Zin = impedansi input

12