PARABOLIC ANTENNA

Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Telekomunikasi Terapan

Nama : Fajar Juniarto

NIM : 2009420010

Jurusan / Smt : T. Elektro / VIII

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARRTA

2013

Antena Parabola Antena parabola merupakan antena yang menggunakan reflektor parabola, permukaan melengkung dengan bentuk penampang parabola, untuk mengarahkan gelombang radio. Bentuk yang paling umum adalah berbentuk seperti piring dan populer disebut antena parabola atau parabola. Keuntungan utama dari antena parabola adalah bahwa ia memiliki directivity tinggi. Fungsinya mirip dengan reflektor sorot atau senter untuk mengarahkan gelombang radio dalam balok sempit, atau menerima gelombang radio dari satu arah tertentu saja. Antena parabola mempunyai beberapa keuntungan tertinggi, yaitu mereka dapat menghasilkan beamwidths sempit, dari setiap jenis antena. Dalam rangka mencapai beamwidths sempit, reflektor parabola harus jauh lebih besar daripada panjang gelombang dari gelombang radio digunakan, sehingga antena parabola yang digunakan di bagian frekuensi tinggi dari spektrum radio, di UHF dan (SHF) microwave frekuensi, di mana panjang gelombang yang cukup kecil bahwa reflektor mudah-berukuran dapat digunakan. Antena parabola digunakan sebagai high gain antena untuk point-to-point komunikasi, dalam aplikasi seperti link estafet microwave yang membawa telepon dan sinyal televisi antara kota-kota terdekat, nirkabel WAN / LAN link untuk komunikasi data, komunikasi satelit dan antena pesawat ruang angkasa komunikasi. Mereka juga digunakan dalam teleskop radio. Penggunaan besar lainnya dari antena parabola adalah untuk antena radar, di mana ada kebutuhan untuk mengirimkan sinar sempit dari gelombang radio untuk menemukan benda seperti kapal, pesawat terbang, dan peluru kendali. Dengan munculnya piring satelit televisi rumah, antena parabola telah menjadi fitur umum dari lanskap negara-negara modern. Bentuk

Prinsip operasi dari antena parabola adalah bahwa titik sumber gelombang radio pada titik fokus di depan reflektor paraboloidal bahan konduktif akan tercermin menjadi sinar gelombang pesawat collimated sepanjang sumbu reflektor. Sebaliknya, gelombang paralel pesawat masuk ke sumbu akan difokuskan ke titik pada titik fokus. Sebuah antena parabola yang khas terdiri dari reflektor logam parabola dengan antena pakan kecil tergantung di depan reflektor pada fokusnya, menunjuk kembali ke reflektor. Reflektor adalah permukaan logam dibentuk menjadi paraboloid revolusi dan biasanya dipotong di tepi melingkar yang membentuk diameter antena. Dalam sebuah antena pemancar, frekuensi radio saat ini dari pemancar disuplai melalui kabel saluran transmisi ke pakan antena, yang mengubahnya menjadi gelombang radio. Gelombang radio yang dipancarkan kembali ke arah piringan antena pakan dan mencerminkan off hidangan menjadi sinar paralel. Dalam sebuah antena penerima gelombang radio yang masuk memantul hidangan dan difokuskan ke titik di antena pakan, yang mengubah mereka ke arus listrik yang melakukan perjalanan melalui jalur transmisi ke penerima radio. Refleksi Parabola

Reflektor dapat dari lembaran logam, layar logam, atau konstruksi kawat grill, dan itu dapat berupa melingkar "piringan" atau bentuk lain berbagai untuk menciptakan bentuk balok yang berbeda. Layar logam mencerminkan gelombang radio serta permukaan logam yang kuat selama lubang lebih kecil dari sepersepuluh dari panjang gelombang, sehingga reflektor layar

sering digunakan untuk mengurangi bobot dan beban angin di piring. Untuk mencapai keuntungan maksimum, maka perlu bahwa bentuk hidangan akurat dalam sebagian kecil dari panjang gelombang, untuk memastikan gelombang dari berbagai bagian antena tiba di fokus dalam fase. Piring besar sering membutuhkan struktur penopang pendukung di belakang mereka untuk memberikan kekakuan yang diperlukan.

Sebuah refleksi yang terbuat dari panggangan kawat paralel atau bar berorientasi pada salah satu arah bertindak sebagai filter polarisasi serta reflektor. Ini hanya mencerminkan gelombang radio linear terpolarisasi, dengan medan listrik sejajar dengan elemen panggangan. Tipe ini sering digunakan dalam antena radar. Dikombinasikan dengan tanduk umpan polarisasi linier, hal ini membantu gangguan keluar filter di penerima dan mengurangi returns false.

Antena umpan

Antena pakan pada fokus reflektor adalah biasanya tipe rendah-keuntungan seperti setengah gelombang dwikutub atau lebih sering antena tanduk kecil yang disebut tanduk umpan. Dalam desain yang lebih kompleks, seperti Cassegrain dan Gregorian, reflektor sekunder digunakan untuk mengarahkan energi ke reflektor parabola dari antena umpan terletak jauh dari titik fokus utama. Antena umpan terhubung ke terkait frekuensi radio (RF) memancarkan atau menerima peralatan dengan cara saluran transmisi kabel koaksial atau pandu gelombang. Keuntungan dari antena parabola adalah bahwa sebagian besar dari struktur antena (semua itu kecuali antena umpan) adalah non resonansi, sehingga dapat berfungsi lebih dari berbagai macam frekuensi, yang merupakan bandwidth yang lebar. Semua yang diperlukan untuk mengubah frekuensi operasi untuk mengganti antena umpan dengan satu yang bekerja pada frekuensi baru. Beberapa antena parabola mengirim atau menerima pada beberapa frekuensi dengan memiliki antena umpan beberapa dipasang pada titik fokus, dekat bersama-sama.

Jenis

pokok jenis pakan antena parabola.

Antena parabola dibedakan oleh bentuk mereka: Paraboloidal atau Piringan - reflektor ini berbentuk seperti paraboloid dipotong di

tepi melingkar. Ini adalah jenis yang paling umum. Ini memancarkan sinar pensil berbentuk sempit sepanjang sumbu hidangan.

Piringan diselimuti - Kadang-kadang perisai logam silinder yang melekat pada tepi piring. Perisai kain kafan antena dari radiasi dari sudut luar sumbu balok utama, mengurangi sidelobes.. Hal ini kadang-kadang digunakan untuk mencegah gangguan dalam microwave terrestrial link, di mana beberapa antena menggunakan frekuensi yang sama yang terletak berdekatan. Kain kafan ini dilapisi dalamnya dengan bahan penyerap microwave. Kafan dapat mengurangi kembali radiasi lobus sebesar 10 dB.

Silinder - reflektor ini melengkung hanya dalam satu arah dan datar yang lain. Gelombang radio datang ke fokus tidak pada titik tapi sepanjang garis. Pakan kadang-kadang sebuah antena dipole terletak di sepanjang garis fokus. Silinder parabola antena memancarkan-kipas berbentuk balok, sempit dalam dimensi melengkung, dan

luas dalam dimensi uncurved. Ujung melengkung dari reflektor kadang-kadang dibatasi oleh pelat datar, untuk mencegah radiasi keluar ujung, dan ini disebut antena kotak obat.

Berbentuk-beam antena -. Antena reflektor modern dapat dirancang untuk menghasilkan balok atau balok dari suatu bentuk tertentu, bukan hanya "pensil" sempit atau "fan" balok dari hidangan sederhana dan antena silinder di atas Dua teknik yang digunakan, sering dalam kombinasi, untuk mengontrol bentuk balok: Reflektor berbentuk - The reflektor parabola dapat diberikan bentuk bukan

lingkaran, dan atau lekukan yang berbeda dalam arah horisontal dan vertikal, untuk mengubah bentuk balok. Hal ini sering digunakan dalam antena radar. Sebagai prinsip umum, lebih luas antena berada dalam arah melintang yang diberikan, semakin sempit pola radiasi akan ke arah itu.

"Kulit jeruk" antena - Digunakan dalam radar pencari, ini adalah antena panjang sempit yang berbentuk seperti huruf "C". Ini memancarkan sinar kipas sempit berbentuk vertikal.

Array feed - Dalam rangka untuk menghasilkan sebuah balok berbentuk sembarang, bukan satu tanduk pakan array tanduk pakan berkerumun di sekitar titik fokus dapat digunakan. Array-fed antena yang sering digunakan pada satelit komunikasi, satelit siaran langsung khususnya, untuk menciptakan pola radiasi downlink untuk menutupi benua tertentu atau coverage area. Mereka sering digunakan dengan antena reflektor sekunder seperti Cassegrain.

Antena parabola juga diklasifikasikan oleh jenis pakan, yaitu, bagaimana gelombang radio yang dipasok ke antena:

Pakan Axial atau depan - Ini adalah jenis yang paling umum dari pakan, dengan antena pakan yang terletak di depan piring di fokus, pada sumbu balok. Kelemahan dari tipe ini adalah bahwa pakan dan penunjangnya memblokir beberapa balok, yang membatasi efisiensi aperture hanya 55 -. 60%.

Off-sumbu atau pakan diimbangi - reflektor adalah segmen asimetris paraboloid, jadi fokus, dan antena pakan, yang terletak di salah satu sisi piring. Tujuan dari desain ini adalah untuk memindahkan struktur pakan keluar dari jalur balok, sehingga tidak menghalangi balok. Hal ini banyak digunakan dalam masakan televisi satelit di rumah, yang cukup kecil bahwa struktur pakan dinyatakan akan memblokir persentase yang signifikan dari sinyal. Pakan Offset juga digunakan dalam desain reflektor beberapa seperti Cassegrain dan Gregorian, di bawah ini.

Cassegrain - Dalam antena Cassegrain pakan terletak di belakang atau hidangan, dan memancarkan ke depan, menerangi reflektor sekunder cembung hyperboloidal pada fokus parabola. Gelombang radio dari umpan mencerminkan kembali dari reflektor sekunder untuk hidangan, yang membentuk balok keluar. Keuntungan dari konfigurasi ini adalah bahwa pakan, dengan waveguides dan "front end" elektronik tidak harus dihentikan di depan piring, sehingga digunakan untuk antena dengan feed rumit atau besar, seperti antena komunikasi satelit besar dan radio teleskop. Efisiensi aperture ada di urutan 65 - 70%.

Gregorian - Serupa dengan desain Cassegrain kecuali bahwa reflektor sekunder cekung, (ellipsoidal) dalam bentuk. Aperture efisiensi lebih dari 70% dapat dicapai.

Umpan Pola

Pola radiasi dari antena umpan harus disesuaikan dengan bentuk piring, karena memiliki pengaruh yang kuat pada efisiensi aperture, yang menentukan gain antena (lihat bagian bawah Gain). Radiasi dari umpan yang jatuh di luar tepi hidangan disebut "spillover" dan yang terbuang, mengurangi keuntungan dan meningkatkan backlobes, mungkin menyebabkan gangguan atau (dalam menerima antena) meningkatkan kerentanan terhadap kebisingan tanah. Namun, keuntungan maksimum hanya dicapai bila hidangan secara seragam "diterangi" dengan kekuatan medan konstan untuk ujungnya. Jadi pola radiasi yang ideal dari antena umpan akan menjadi kekuatan medan konstan di seluruh sudut padat hidangan, tiba-tiba menjatuhkan ke nol di tepi. Namun, antena umpan praktis memiliki pola radiasi yang drop off secara bertahap di tepi, sehingga antena umpan merupakan kompromi antara spillover cukup rendah dan pencahayaan yang memadai. Bagi sebagian besar tanduk umpan depan, pencahayaan optimal dicapai ketika kekuatan dipancarkan oleh feed tanduk adalah 10 dB kurang di tepi piringan dari nilai maksimum di pusat hidangan.

Ketika kinerja tertinggi diperlukan, teknik yang disebut "refleksi ganda membentuk" dapat digunakan. Hal ini melibatkan perubahan bentuk reflektor sub-(biasanya dalam konfigurasi Cassegrain) untuk memetakan pola yang dikenal pakan ke dalam pencahayaan seragam primer, untuk memaksimalkan keuntungan. Namun, hasil ini dalam sekunder yang tidak lagi tepatnya hiperbolik (meskipun masih sangat dekat), sehingga properti fase konstan hilang. Ini kesalahan fase, bagaimanapun, dapat dikompensasikan dengan sedikit mengutak-atik bentuk cermin primer. Hasilnya adalah keuntungan yang lebih tinggi, atau keuntungan / rasio spillover, pada biaya permukaan yang rumit untuk membuat dan menguji.

Sejarah

Antena parabola pertama, dibangun oleh heinrich hertz pada tahun 1888.

Ide untuk menggunakan reflektor parabola untuk antena radio diambil dari optik, di mana kekuatan cermin parabolik untuk memfokuskan cahaya ke balok telah dikenal sejak zaman klasik. Desain dari beberapa jenis tertentu dari antena parabola, seperti Cassegrain dan Gregorian, berasal dari jenis analog bernama sama dari mencerminkan teleskop, yang diciptakan oleh para astronom selama abad ke-15.

Fisikawan Jerman Heinrich Hertz dibangun antena reflektor pertama parabola di dunia pada tahun 1888. Antena adalah reflektor parabola silinder yang terbuat dari lembaran logam seng didukung oleh rangka kayu, dan memiliki percikan-gap gembira dwikutub sepanjang garis fokus. Aperture nya adalah 2 meter tinggi dengan lebar 1,2 meter, dengan panjang fokus 0,12 meter, dan digunakan pada frekuensi operasi sekitar 450 MHz. Dengan dua antena tersebut, yang digunakan untuk transmisi dan lainnya untuk menerima, Hertz menunjukkan adanya gelombang radio yang telah diprediksi oleh James Clerk Maxwell beberapa 22 tahun sebelumnya. Namun, perkembangan

awal radio terbatas pada frekuensi yang lebih rendah di mana antena parabola yang cocok, dan mereka tidak banyak digunakan sampai setelah Perang Dunia 2 ketika frekuensi gelombang mikro mulai dimanfaatkan.

Italian radio pelopor Guglielmo Marconi menggunakan reflektor parabola selama tahun 1930-an dalam penyelidikan transmisi UHF dari perahu di Mediterania. Pada tahun 1931 relay microwave link melintasi Selat Inggris menggunakan 10 ft (3 meter) dengan diameter piring ditunjukkan. antena parabola pertama besar, 9 m piringan, dibangun pada tahun 1937 oleh astronom radio Reber Grote perintis di halaman belakang rumahnya, dan survei langit ia lakukan dengan itu adalah salah satu peristiwa yang mendirikan bidang radio astronomi. pengembangan radar selama Perang Dunia II memberikan dorongan besar untuk penelitian antena parabola, dan melihat evolusi berbentuk balok-antena, di mana kurva reflektor berbeda dalam arah vertikal dan horisontal, disesuaikan dengan menghasilkan balok dengan bentuk tertentu. Selama tahun 1960-an hidangan antena menjadi banyak digunakan dalam sistem komunikasi microwave estafet terestrial.

Antena parabola pertama kali digunakan untuk komunikasi satelit dibangun pada tahun 1962 di Goonhilly di Cornwall, Inggris, Inggris untuk berkomunikasi dengan satelit Telstar. Antena Cassegrain dikembangkan di Jepang pada tahun 1963 oleh NTT, KDDI dan Mitsubishi Electric. Munculnya pada tahun 1970 alat desain komputer seperti NEC mampu menghitung pola radiasi antena parabola telah menyebabkan perkembangan asimetris canggih, multireflector dan desain multifeed dalam beberapa tahun terakhir.

Gain Artikel utama: gain Antena Yang terbesar "hidangan" antena di dunia, teleskop radio di Arecibo Observatory, Puerto Rico, 1000 kaki (305 meter) dengan diameter. Ini memiliki keuntungan sekitar 10 juta, atau 70 dBi, pada 2,38 GHz. piringan ini dibangun menjadi sebuah lembah di lanskap, sehingga tidak steerable. Untuk mengarahkan antena untuk menunjuk ke berbagai daerah di langit, antena umpan ditangguhkan oleh kabel atas piring tersebut akan dipindahkan. Hidangan sebenarnya memiliki bola ketimbang bentuk parabola, yang mengurangi penyimpangan yang disebabkan oleh memindahkan titik umpan. Kualitas direktif dari antena yang diukur dengan parameter berdimensi disebut gain, yang merupakan rasio dari daya yang diterima oleh antena dari sumber sepanjang sumbu balok untuk daya yang diterima oleh antena isotropik hipotetis. Keuntungan dari antena parabola adalah:

di mana:

A adalah luas dari aperatur antena, Yaitu mulut reflektor parabola.

d adalah diameter reflektor parabola, jika melingkar.

λ adalah panjang gelombang dari gelombang radio.

e adalah parameter berdimensi antara 0 dan 1 disebut efisiensi aperture.

Efisiensi aperture antena parabola khas adalah 0,55-0,70.

Hal ini dapat dilihat bahwa, karena dengan antena aperture, semakin besar aperture adalah, dibandingkan dengan panjang gelombang, keuntungan tinggi. Keuntungan meningkat dengan kuadrat dari rasio lebar aperture dengan panjang gelombang, antena parabola begitu besar, seperti yang digunakan untuk komunikasi pesawat ruang angkasa dan teleskop radio, dapat memiliki gain yang sangat tinggi. Menerapkan rumus di atas ke-meter berdiameter 25 antena sering digunakan dalam array teleskop radio dan antena tanah satelit pada panjang gelombang 21 cm (1.42 GHz, frekuensi radio umum astronomi), menghasilkan sebuah keuntungan maksimum dari perkiraan 140.000 kali atau sekitar 50 dBi (decibels di atas tingkat isotropik).

Aperture Efisiensi e A adalah variabel yang mencakup semuanya menyumbang berbagai kerugian yang mengurangi gain dari antena dari maksimum yang dapat dicapai dengan aperture yang diberikan. Faktor utama mengurangi efisiensi aperture dalam antena parabola adalah:

umpan spillover - Beberapa radiasi dari antena umpan berada di luar tepi piring dan jadi tidak berkontribusi pada balok utama.

umpan lancip pencahayaan - Keuntungan maksimum untuk setiap antena aperture hanya dicapai bila intensitas sinar yang dipancarkan adalah konstan di seluruh wilayah aperture keseluruhan. Namun pola radiasi dari antena umpan biasanya mengecil ke arah bagian luar dari hidangan, sehingga bagian luar dari hidangan yang "diterangi" dengan intensitas yang lebih rendah radiasi. Bahkan jika umpan yang diberikan pencahayaan konstan di seluruh sudut subtended oleh hidangan, bagian luar dari hidangan yang lebih jauh dari antena umpan daripada bagian dalam, sehingga intensitas akan drop off dengan jarak dari pusat. Jadi intensitas sinar dipancarkan oleh antena parabola maksimum di pusat piring dan jatuh dengan jarak dari sumbu, mengurangi efisiensi.

Penyumbatan aperture - Di depan-makan hidangan parabola di mana antena umpan terletak di depan piringan di jalur balok (dan dalam desain Cassegrain dan Gregorian juga), struktur umpan dan penunjangnya memblokir beberapa balok. Dalam piring kecil seperti piring satelit di rumah, di mana ukuran struktur umpan sebanding dengan ukuran hidangan, ini serius dapat mengurangi gain antena. Untuk mencegah masalah ini jenis antena sering menggunakan feed offset, di mana antena umpan terletak ke

satu sisi, di luar area balok. Efisiensi aperture untuk jenis antena bisa mencapai 0,7-0,8.

Bentuk kesalahan - kesalahan permukaan acak dalam bentuk reflektor mengurangi efisiensi. Kerugian diperkirakan dengan Persamaan Ruze itu.

Untuk pertimbangan teoritis saling interferensi (pada frekuensi antara 2 dan 30 GHz c -. Biasanya dalam Layanan satelit Tetap) di mana kinerja antena tertentu belum ditetapkan, antena referensi berdasarkan Rekomendasi ITU-R S.465 digunakan untuk menghitung gangguan yang akan mencakup sidelobes kemungkinan untuk off-axis efek. Beamwidth

C-band satelit piringan, Compact Gregorian refleksi tipe. Bucharest, Rumania.

Lebar sudut balok dipancarkan oleh high gain antena diukur dengan lebar balok setengah-daya (HPBW), yang merupakan pemisahan sudut antara titik-titik pada pola radiasi antena di mana daya turun menjadi satu-setengah (-3 dB) nilai maksimumnya. Untuk antena parabola, yang θ HPBW diberikan oleh:

di mana k adalah faktor yang bervariasi sedikit tergantung pada bentuk reflektor dan pola pencahayaan umpan. Untuk antena "khas" parabola k = 70 ketika θ dalam derajat.

Untuk operasi 2 satelit meteran piringan khas di C band (4 GHz), seperti yang ditampilkan di sini, formula ini memberikan beamwidth sekitar 2,6 °. Untuk antena Arecibo pada 2,4 GHz beamwidth adalah 0,028 °. Hal ini dapat dilihat bahwa antena parabola dapat menghasilkan balok yang sangat sempit, dan bertujuan mereka dapat menjadi masalah. Beberapa hidangan parabola dilengkapi dengan boresight sehingga mereka dapat ditujukan secara akurat pada antena lainnya.