Modul#2 Modul#2 TTG3D3 TTG3D3 Antena Antena dan dan Propagasi Propagasi Konsep Dasar Antena Oleh : Nachwan Mufti Adriansyah, ST, MT 1 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA Modul 2 Konsep Dasar Antena • Konsep Antena sbg Sumber Titik • Teorema Resiprositas Carson • Teorema daya dan intensitas radio • Karakteristik antena pemancar • Konsep Apertur Antena • Konsep Apertur Antena • Rumus transmisi Friis • Polarisasi • Temperatur antena • Kesimpulan modul 2 Pendahuluan Pendahuluan -Definisi antena -Definisi antena -Konsep antena sbg sumber titik -Teorema resiprositas Carson 3 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA Definisi Definisi Antena Antena Webster ‘s dictionary: “a usually metallic device (as rod or wire) for radiating or receiving radio waves” IEEE Std 145-1983: “a means for radiating or receiving radio waves” Antena = Alat pelepas dan penerima gelombang energi elektromagnetik 4 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
14
Embed
TTG3D3a 2 KonsepDasarAntena 2015 fileTTG3D3 TTG3D3 Antena Antena ddaann PropagasiPropagasi Konsep Dasar Antena Oleh : Nachwan Mufti Adriansyah, ST, MT Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Kadang-kadang Gain dan Direktivitas dinyatakan untuk arah tertentu / fungsi dari diagram arah.
DUm
U),(D =φθ dan G
Um
U),(G =φθ
G dan D biasanya dinyatakan dalam dB
DdB = 10 log D [dB] dan GdB = 10 log G [dB]
Gain …
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA24
Definisi: • sudut ruang yang mewakili seluruh daya yang dipancarkan,
jika intensitas radiasi = intensitas radiasi maksimum
• Seolah-olah antena memancar hanya dalam sudut ruang B dengan intensitas radiasi uniform sebesar Um
Karakteristik #5: Lebar Berkas (Beamwidth)
W B Um= × 4W Uoπ= ×
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA25
1/2
φ1/2θ1/2
W B Um= ×
( )1 12 2
Beamwidth
W Umθ φ= ×
4W Uoπ= ×
4UmD
Uo B
π= =
Kaitan Direktivitas Dengan Lebar Berkas
Jika fungsi diagram arah intensitas radiasi dinyatakan oleh :
Um = Ua. f(θ,φ)maks
U = Ua.f(θθθθ,φφφφ) dimana Ua adalah konstanta
Intensitas maksimum ….
Intensitas rata-rata dinyatakan oleh :
Ωφθ∫∫
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA26
π
Ωφθ=
π=
∫∫4
d).,(f.Ua
4
WUo
dengan, W = daya yang dipancarkan
dΩ = sinθ.dθ.dφ
maks
maks
),(f
d).,(f
4
d).,(f
),(f.Ua
Uo
UmD
φθ
Ωφθ
π=
Ωφθ
φθ==
∫∫∫∫B
4D
π=
Ωφθ
φθ=
φθ
Ωφθ=
∫∫∫∫d
),(f
),(f
),(f
d).,(fB
maksmaksΩφθ= ∫∫ d.),(fB normal
f(θθθθ,φφφφ)normal = fungsi normal diagram arah
atau
Perhitungan Direktivitas Dengan Cara Pendekatan Lebar Berkas
2 (dua) kasus
A. Fungsi sederhana
• Unidirectional• Direktivitas ≥ 10
2/12/1 .
4
B
4D
φθ
π≈
π=
1/2
φ1/2θ1/2
Beamwidth
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA27
B. Fungsi tidak sederhana
2/12/1 .B φθ
θ1/2 dan φ1/2 adalah beamwidth menurut
2 bidang ⊥ melalui sumbu mainlobe
Selesaikan dengan cara grafis !!
Ωφθ
φθ=
φθ
Ωφθ=
∫∫∫∫d
),(f
),(f
),(f
d).,(fB
maksmaks
danB
4
Uo
UmD
π=≡
Contoh: Menghitung D dengan cara eksak
U = Um.cos6θ ; 0 ≤ θ ≤ π/2 dan 0 ≤ φ ≤ 2π
1θ
41θ
11
1maks
maks
),(f
d).,(f
4
d).,(f
),(f.Ua
Uo
UmD
φθ
Ωφθ
π=
Ωφθ
φθ==
∫∫∫∫
21θ
21
21
φ
Dengan cara eksak, didapatkan D = 14,00
B
4
Uo
UmD
π=≡
28 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Contoh: Menghitung D dengan pendekatan lebar berkas
U = Um.cos6θ ; 0 ≤ θ ≤ π/2 dan 0 ≤ φ ≤ 2π
1θ
41θ
11
1
½ Um = Um.cos6 θθθθ1/4
o61
4/1 01,272
1cos ==θ −
θ1/2 = 2 x θ1/4 = 54,02o
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA29
21θ
21
21
φ
θ1/2 = 2 x θ1/4 = 54,02
2
2
1/2 1/2
4 4 (57,3 )14,3
. (54,02 )
o
oD
π π
θ ϕ
×= = ≈
Dengan cara eksak, didapatkan D = 14,00
Dari contoh di atas, dapat dilihat bahwa untuk antena unidirectional
dan direktivitas > 10, hasil pendekatan lebar berkas mendekati hasil
perhitungan secara eksak !
Ketelitian hasil perhitungan ditentukan oleh ketelitian mendapatkan lebar berkas ( B )
Jika batas-batas : θ0 ≥ θ ≥ 0 dan φo ≥ φ ≥ 0, maka :
∫ ∫φ θ
φθθφθ
φθ=
o o
d.d.sin),(f
),(fB
dapat diuraikan sebagai berikut :
Cara grafis untuk menghitung Direktifitas
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA30
∫ ∫ φθ0 0 maks),(f dapat diuraikan sebagai berikut :
maks),(f
),(f
φθ
φθ= F1(φ).f1(θ) + F2(φ).f2(θ) + ………..dst
∫ ∫ ∫ ∫φ θ φ θ
+θθθφφ+θθθφφ=0 0 0 0
0 0 0 0
2211 dst......d.sin).(f.d)(Fd.sin).(f.d)(FB
( konvergen )
B = a1b1 + a2b2 + …. dst = ∑π
=⇒i
iiB
4Dba
∫φ
φφ=0
0
ii d).(Fa ∫θ
θθ=0
0
ii d).(fb
dimana
dan
Selanjutnya integrasi gambar,
Cara grafis…
0 φ0 0 θ0
ai
bi)(Fi φ θθ sin)(f i Ketelitian hasil
ditentukan oleh ketelitian penggambaran Fi(φ) dan fi(θ)sinθ, serta perhitungan luasnya (dalam kertas milimeter)
31 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Karakteristik #6: Polarisasi
• Polarisasi gelombang berkaitan dengan orientasi vektor medan listrik yang
dibangkitkan saat pemancaran.
• Jika pemasangan antena Rx tidak sesuai dengan polarisasi gelombang, maka adayang diterima akan lebih kecil ; terjadi “ polarization mismatch “.
• Untuk orientasi yang sesuai, maka penerimaan daya akan maksimu( polarisasi medan = polarisasi antena ).
• Jika polarisasi medan membuat sudut ϕ dengan polarisasi antena, maka dayaterima akan mengalami penurunan yang dinyatakan dengan PLF ( polarization
loss factor )
E dimana,
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA32
Contoh :
untuk,
ϕ = 60o PLF = ¼ WR turun 6 dB
ϕ = 90o PLF = 0 WR = 0
PLF sangat penting untuk komunikasi bergerak khususnya di ruang
angkasa. Manfaat lain yang justru positif adalah untuk penggandaankanal frekuensi
RE
Aa
ffReE
ϕ
dimana,
=RE
vektor medan listrik
=Aa
orientasi antena
( ) ϕ=•= 22
AER cosaaPLF
Karakteristik #7: Temperatur Antena• Semua benda jika temperaturnya ≠ 0° K, akan merupakan pemancar noise yang
spektrumnya sangat lebar, termasuk di kanal frekuensi operasi antena
• Temperatur antena ( TA ) adalah temperatur yang mewakili antena karenamenerima daya noise. Jika daya noise yang diketahui antena adalah NR, maka :
N
R
AB.k
NT =
dengan ,k = konstanta Boltzman = 1,38.10-23 J/oK
BN = Bandwidth noise system
• Temperatur antena dapat dihitung dari beberapa kontribusi :
33
• Temperatur antena dapat dihitung dari beberapa kontribusi :
∫∫ππ
φθθφθΩ
=
2
0 0
S
A
A d.d.sin).,(T1
T dgn, ∫ ∫ππ
φθθφθ=Ω
2
0 0
NA d.d.sin).,(G
ΩA = sudut ruang beam antena
GN(θ,ϕ) = pola penguatan normal
TS(θ,ϕ) = brigtness temperatur of sources
harga TS dari clear sky (zenith)
sekitar 3oK ≈ 5oK
dari arah horisontal sekitar 100oK
- 150oK
dari bumi sekitar 290oK - 300oK
Sumber noise adalah
: matahari, galaxy,
atmosfer, man made
(busi, dsb )
KonsepKonsep Aperture Aperture AntenaAntena
34Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Konsep Aperture Antena
Konsep aperture antena: antena sebagai luas bidang yang
menerima daya dari gelombang radio yang melaluinya
A
E
H
H
H
E
E
E
E
E
P
P
• Misalkan pada antena corong. Rapat daya pada permukaan corong P
(watt/m2), maka daya (Wr) yang berhasil diserap oleh antena adalah:
Wr = AP
• = P.A cos α α = arah orientasi antena terhadap arah
rWH
H
H
H H H
P
P α = arah orientasi antena terhadap arah
vektor rapat daya. Umumnya orientasi antena dibuat sesuai polarisasi gelombang, sehingga
terjadi penerimaan maksimum (α’ = 0)
• “ Daya yang ditangkap antena berbanding lurus dengan luas aperture-nya”. Dalam praktek, luas tersebut 0,5 – 0,7 luas sebenarnya. Hal ini berhubungan dengan terbaginya daya dari GEM menjadi bagian –bagian yang hilang sebagai panas, dipancarkan kembali, dll.
• Sehingga ada beberapa macam aperture : Aperture efektif, aperture rugi-rugi, aperture pengumpul, aperture hambur, dll
35 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
• Antena seolah-olah mempunyai aperture yang luasnya adalah daya tersebut dibagi dengan rapat daya gelombang yang datang pada antena. Dinyatakan :