antena array1

download antena array1

of 25

  • date post

    30-Jun-2015
  • Category

    Documents

  • view

    318
  • download

    3

Embed Size (px)

Transcript of antena array1

61 Bab 5 ANTENAARRAY POKOK BAHASAN: Pengenalan antena arrayPrinsip dasar antena array Antena array dengan distribusi fasa serba-sama Electronic scanning menggunakan array Pencatuan array TUJUAN BELAJAR: Setelah mempelajari materi dalam bab ini,mahasiswa diharapkan dapat: Menjelaskanprinsipdasarantenaarraydanaplikasinyapadabeberapasistem komunikasi. Menurunkan secara matematis faktor array pada susunan array linier. Mencari parameter-parameter antena array; jumlah elemen, pencatuan amplitudo danbedafasarelatifantarelemen,untukmengahasilkansintesapolayang diinginkan.Menjelaskanprinsipkerjasistemelectronicbeamscanningdenganmengguna -kan teknik antenna array. 5.1PENGENALAN ANTENA ARRAY Sistem siaran AM bekerja pada frekuensi535-1605 KHz. Padadasarnya, antena yangdigunakanadalahdipolevertikalsepanjangmenara,dengankeketinggian antara /6sampai5/8,bergantungpadakarakteristiksistemoperasiyangdiinginkandan pertimbangan-pertimbangan lain yang diperlukan. Ketinggianfisiknyabervariasiantara Bab 5 :Ant ena Array 6246 m (150 kaki) sampai 274 m (900 kaki). Jika kita mengacuh pada panjang gelombang frekuensiAM1.000KHz,makaketinggiannyakira-kira 300 m. Karena medan radiasi daridipoletunggalpada bidanghorizontaladalahserba-sama,maka dibutuhkan lebih darisatuantenauntukmengaturpolaantenahorizontalsepanjangarahyangdiinginkan (misalkandiarahkankedaerahperkotaan)danuntukmeminimumkandayaradiasike daerahyangjarangpenduduknyaataudaerahoperasiyangsama frekuensinya,untuk menghindariinterferensiyangtidakdiinginkan.Untukmencapaimaksudtersebut, perludioperasikanduaataulebihantenayangdioperasikansecarabersama-sama. Kombinasi antena-antena yang demikian ini disebutdenganantena array.Antenaarraybanyakdiaplikasikansecaraluaspadasejumlahsistem komunikasi,sepertisistempenyiaran(broadcast),komunikasisatelitdansistem radar. Dengan antenaarray,seorangperancangakan mudah menciptakansistem antenayang menghasilkandirektivitasyang tinggi,beamwidthyang sempit,sidelobe yang rendah, beamyang mudah diatur dengan pola antena yang tajam.Dalamaplikasinya,sebagianbesarantenaarraymenggunakanelemenyang sama;sepertiantenadipole,antenacelah,danantenahornatauantenaparabola,yang dicatudenganarusataudistribusimedan yangsama.Elemen-elemenantenaarray biasanyadiaturdalamkonfigurasiyangbervariasi,sepertikonfigurasisatudimensi, dimanatiap-tiapelemendisusunsepanjanggarislurus,ataukonfigurasikisi-kisidua dimensi, sehingga elemenmembentukjaringanpersegi. Bentuk pola radiasimedanjauh yangdihasilkandarikonfigurasiarraytersebut,dapatdilakukandenganmengontrol amplitudorelatifdarielemenarray. Cara lain adalah dengan menggunakanpenggeser fasa(phaseshifter)antarelemenantenaarray,sehinggapolaradiasiyangdihasilkan dapat diatur secara elektronik. 5.2PRINSIP DASAR ANTENA ARRAY Padabagiansebelumnya,telahdikenalkantentangantenaararydan penggunaaannyayangluasdalambeberapasistemkomunikasi.Padabagianini,akan kitapelajariprinsipdasarteoriarrayuntukmendesainpembentukanpolaantenadan mengatur pancaranutama(mainbeam)yangdihasilkan.Padapembahasanini, Bab 5 : A nt ena Array 63konfigurasi arraydibatasihanyaarraylinier satu dimensi, dengan penempatan elemen satudengan elemenyang laindiatur secara lurus.Kita asumsikan suatuantenaarrayyangdisusunsecaralinierNelemen yang yang sama terletak sepanjang sumbu-z,sepertiditunjukkanpadaGambar5-1.Elemen-elementersebutdicatudengan osilator yangsamadandidistribusikanmelaluicabang-cabangjaringan.Padatiap cabang, sebuah attenuatoratauamplifierdanpenggeserfasa yangdipasaingseri,untukmengontrolamplitudodanfasarelatifsinyalyang diumpankanke elemen antena pada cabang tersebut.Padadaerahmedanjauhdarielemenradiasi,dalambentukfasorintensitas medanlistrik) , , (~ R Eeditunjukkansebagaihasildariduafungsi,faktor propagasi daribentukbolaR ejkR ,yangharganyatergantungdarihargajarak(R) dan ef~(?,) yang harganyaberbanding langsungterhadap medan listrikyangdihasilkan oleh elemen array. Untuksatuelemenantena,medanlistrikradiasiyangdihasilkandirumuskan sebagai: ) , (~) , , (~ ejkRefReR E. . . . . . . . . . . . . . . . . . (3. 1) Danhubungannnyakerapatan dayaSe adalah: 20) , , (~21) , , ( R E R Se e = 220) , (~21 efR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3. 2)Dengan meninjau elemen pada array ditunjukkan pada Gambar 5-1(b), medan jauh yang dihasilkan oleh elemen i pada jarak R i, pada titik observasi Q dapat dinyatakan dengan: ) , (~) , , (~ eiR jki i ifReA R Ei. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (5.3) dimana iji ie a A adalahkoefisienpencatukompleks(complexfeedingcoefficient), yang menggambarkaneksitasiamplitudo ia danfasa i yang membangkitkan iE~, relatif terhadap eksitasi elemen referensi. Bab 5 :Ant ena Array 64 Padakenyataannya,eksitasidarisalahsatuelemenpertamaatautengaharray digunakan sebagai referensi. Sebagai catatan, hargaRidanAimungkin berbeda untuk elemenyangberbedapadasusunanarray,tetapi) , (~ ef samapadasemuaelemen jika dijumlahkan dan akhirnya menunjukkan pola yang sama. MedantotalpadatitikobservasiQ(R0,,)merupakanpenjumlahan dari medan dari N elemen: ) , , (~0 R E = ) , , (~10 Ri i ENi Gambar 5-1: Konfigurasi dan geometri dari array linier (b) Geometri array relatif terhadap titik pengamatan Q (a) Elemen-elemen array yang dilengkapi dengan control amplitude dan fasa Bab 5 : A nt ena Array 65 =) , (~10 e fRieAiNijkRi]]]]

. . . . . . . . . . . . . . . .(5.4) DimanaR0menunjukkanjarakdarititikQkepusatsistemkoordinat,yangdipilih sebagailokasi elemenke-0. Untuk memenuhi kondisi medan-jauh yangdiberikanoleh Pers.(4.24)babyanglalu,jika sebuah panjang arrayl = (N-1)d, dimanadmerupakan jarak antar elemen, makajarakR0harus cukup besardan memenuhi syarat: 2 2 20) 1 ( 2 2 d N lR . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . (5.5)Kondisiini,mengijinkankitauntukmengabaikanperbedaanjarakdari titikQ ketiap elemenarray,padasaatkitamenentukanmagnitudodarimedanradiasi,dengan mengatur Ri = R0 sesuai dengan Pers. (5.4) untuk semua i.Sedangkan untuk bagian fasa padafaktorpropagasi,kitadapatmenggunakanpendekatansinarpararelsebagai berikut: cos cos0 0id R z R Ri i . . . . . . . . . .. . . . . . . . (5. 6)Dimanaid zi adalahjarakantaraelemenidanelemenke-0(Gambar5-2). Dengan menggunakan dua pendekatan pada Pers. (5.4) akan diperoleh: Gambar 5-2: Pengamatan paralel pada analisa array Bab 5 :Ant ena Array 66( )

,`

.|10cos000,~) , , (~NijikdijkRee ARef R E . . . . . . . . . . . . . . (5.7) dankerapatandayaantenaarraydiperolehdenganmenggunakanPers.(5.2)dan dipeperolehberikut: 2, 000, (~21) , , ( R E R S

210cos220 0) , (~21Nijikdi ee A fR

210cos0) , , (Nijikdi ee A R S . . . . . . . . . .. . . . . . . . (5.8) Persamaan (5.8) di atas mengandunghasil dari dua faktor. Faktor pertama,) , , (0 R Se, yaitukerapatandayaenergiradiasiyangdihasilkanolehelemenindividu.Danfaktor kedua umumnya disebutfaktorarray (array factor),yang merupakan fungsi dari posisi padamasing-masingelemen arraydankoefisienpencatunnya,danbukanmerupakan fungsidaribentukkhususdariradiatoryangdigunakan. Faktor arrayinimenyatakan intensitasradiasimedanjauhdariarraysebanyakNelemen,denganelemenberupa radiatorisotropis. Dengandemikian,faktor arraydari arrayN elemendapat dinyatakan dengan: 210cosa) (Nijikdie A F. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(5.9) Sedangkan,kerapatan dayadari antena arraydinyatakan dengan: ( ) , ,0R S=( ) , ,0 eR S ) (a F. . . . . . . . . . . . . . . . . .(5.10) Persamaan ini disebut prinsip perkalian pola (pattern multiplication). Prinsip ini akan digunakan untuk mencari kerapatan dayapada medanjauh dengancara:(1)Mencaripoladayapadamedanjauhdarielemenarrayyangdiasumsikan dengan radiatorisotropis, sehinga dihasilkan faktor array) (a F .Bab 5 : A nt ena Array 67(2) Mengalikan hasilnya dengan kerapatan daya darielemen tunggal(yang seharusnya sama untuk semua elemen),) , , (0 e R S .KoefisienpencatuAi,padaumumnyaberbentukkompleks,yangterdiridari faktor amplitudoiadanfaktor fasa i : iji ie a A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (5. 11) Dengan memasukkan Pers (5.11) ke dalam (5.9),diperoleh: 210cos) (Nijikd ji ae e a Fi . . . . . . . . . . .. . . . . . . . (5.12) Dengandemikian,faktorarrayditentukanolehduafungsiinput,yaitu:distribusi amplitudo array,dinyatakan sebagaiiadan distribusi fasa arraydinyatakan sebagai i . Distribusi amplitudo mengontrol bentuk pola radiasiarray,sementara itudistribusifasa dapat digunakan untuk menentukan arahnya. Contoh 5-1: Array dengan Dua Dipole VertikalStasiun radio AM menggunakan dua dipole setengah gelombang yang diletakkan secara vertikal dengan jarak /2,sepertiditunjukkanpadaGambar5-3(a).Vektor dari lokasi dipolepertamakelokasidipolekeduamengarahketimur.Duadipoletersebutdicatu denganeksitasiamplitudoyangsama,dandipolesebelahtimurdicatudengan pergeseranfasa relatif2 / terhadapdipolesatunya.Tentukandanplotpolaantena array tersebutdalam bidang horizontal. Contoh 5-1: Gambar 5-3. Dua dipole setengah gelombang array (contoh 2-1) (a) Array dipole (b) Bidang observasi (c) Pola bidang horisontalBab 5 :Ant ena Array 68 Penyesaian:FaktorarrayditunjukkandenganPers.(5.12),digunakanuntukradiator arrayyangdisusunsepanjangsumbu-z.Agarsistemkoordinatyangdigunakansama, kitamemilih arah timur menjadi sumbu-z seperti ditunjukkan Gambar 5-3(b),dankita menempatkandipolepertamapada4 / zdandipolekedua pada4 / z .Dipole setengahgelombangberadiasisecaraserba-samapadabidangyangbidangtegaklurus padasumbunya,dalamhalinimerupakanbidanghorizontal.Olehkarenaitu, 0S Se untuk semua sudut dalamGambar5.3(b), dimana 0S adalahhargamaksimumdari kerapatandayaradiasiolehmasing-masingdipoletersebut.Sehingga,kerapatandaya radiasiyang disebabkanoleh dua dipolearraytersebutadalah: ) ( ) , (a 0 F S R S Untukduaelemenyangdipisahkanoleh2 / d dandibangkitkandenganamplitudo yang sama) 1 (1 0 a a ,sertasudutfasa sebesar00 dan2 /1 ,maka Pers. (5.12) menjadi:

210cos) (ijikd ji ae e a Fi 2cos ) 2 / ( ) / 2 (21 j je e+

22 / cos (1