TE3423 5 Macam-macam Antena - Telkom...

Modul #05

TE 3423TE 3423TE 3423TE 3423ANTENA DAN PROPAGASI ANTENA DAN PROPAGASI

Macam-macamAntena

Program Studi S1 Teknik TelekomunikasiJurusan Teknik Elektro - Sekolah Tinggi Teknologi Telkomgg g

Bandung – 2008

Organisasi

Modul 5 Macam-Macam Antena• A. Pendahuluan page 3p g• B. Antena Linear dan Turunannya page 7• C. Antena Loop dan Helix page 13• D. Antena V dan Rhombic (Double V) page 23• E. Modifikasi Dipole & Antena Ground Plane page 27• F. Antena-Antena Reflektor page 31F. Antena Antena Reflektor page 31• G. Antena2 Aplikatif page 59• H. Exotic Antenna page 68• Motto page 71

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 2

A. Pendahuluan Sekapur SirihSekapur Sirih ...

Seperti yang sudah dibicarakan pada bagian sebelumnya, dimensi antena paling kecil harusmendekati panjang gelombang supaya menjadi radiator yang efisien. Bahkan untuk mendapatkan gainyang tinggi, dimensi antena harus jauh lebih besar dari panjang gelombang.y g gg , j p j g g gMenaikkan gain suatu antena selalu disertai dengan penurunan lebar dan luas berkas, sehinggaantena dengan gain yang tinggi memerlukan pemasangan dan penempatan yang sangat teliti agarbenar-benar menunjuk pada sasaran yang diinginkan. Sebagai contoh : Antena dengan gain sebesar 60dB lebar berkasnya sekitar 0,2o sehingga kesalahan penempatan sebesar 0,1o dari sumbu utama akandB lebar berkasnya sekitar 0,2 sehingga kesalahan penempatan sebesar 0,1 dari sumbu utama akanmenurunkan penerimaan sebesar 30 dB.Dari besarnya gain, antena digolongkan menjadi antena dengan gain rendah (sampai 10dB) , gainsedang (10 sampai 20 dB) , dan gain tinggi ( lebih dari 20 dB). Namun demikian, harus dicatat pulabahwa angka-angka tersebut di atas adalah relatif bukan mutlakbahwa angka angka tersebut di atas adalah relatif, bukan mutlak.Frekuensi kerja sangat mempengaruhi bentuk dan dimensi antena. Pada daerah HF, 3-30 MHz,banyak dipakai antena kawat dan batang atau susunannya sepperti dipol, yagi, log periodik, helixnomal mode, whip, dan antena linier lainnya.Sedangkan pada VHF banyak dipakai yagi, antena kawat, corner, dll. Pada UHF dan SHF (300 - 30000MHz) banyak dipakai antena paraboloid, corong, slot, antena lensa, dan kadang-kadang helix, yagi,dan lain-lain.


A. Pendahuluan

Selain itu, ada antena yang tidak jelas nampak sebagai antena pemancar atau harustersembunyi atau disebut sebagai antena samar ( disquised antenna ). Antena tersebutharus menyesuaikan dengan keadaan sekitarnya seperti pada kapal terbang, kereta api,atau pada keadaan lingkungan yang beratatau pada keadaan lingkungan yang berat.

Untuk antena semacam ini, biasanya yang menjadi persoalan adalah penyesuaianimpedansi karena umumnya impedansi antena akan jauh berbeda dengan impedansikarakteristik saluran transmisi jika dipakai transformator konvensionalkarakteristik saluran transmisi jika dipakai transformator konvensional.

Kerugian lain yang diderita adalah diagram arah yang seringkali jauh dari yangdiharapkan sehingga harus dicarikan kompromi-kompromi lain yang lebih ketatkendalanyakendalanya.


Pemilihan Antena

A. Pendahuluan

Pemilihan Antena ...Dalam suatu hubungan komunikasi, dihadapkan pada suatu tugas yaitu memilih antena yang cocok untuk komunikasi tersebut, terlebih jika kita sendiri yang harus mendesain sistem komunikasi dan antena yang bersangkutan.harus mendesain sistem komunikasi dan antena yang bersangkutan.

Pilihan antena yang digunakan didasarkan kepada :• Jenis komunikasi yang dilakukan

Broadcast / siaran pilih antena dengan tipikal pancaranBroadcast / siaran , pilih antena dengan tipikal pancaran Broadside/omnidirectionalPoint to point communication, pilih antena dengan tipikal pancaran Endfire / directional / pencil beam

• Keterbatasan kelas penguatBerkaitan dengan Gain antena yang direncanakan

• Lebar informasi yang dikirimkan ( Narrowband / broadband )B k i d B d idth di k di tid kBerkaitan dengan Bandwidth antena yang direncanakan, dirancang tidak terpisah dengan saluran transmisi yang digunakan

• Daerah cakupan (coverage) antena yang diinginkan Berkaitan dengan Beamwidth antena yang direncanakan Misal : struktur


Berkaitan dengan Beamwidth antena yang direncanakan. Misal : struktur sel trisektoral membutuhkan antena dengan beamwidth 120o.

Mari kita ulangi sekali lagi

A. Pendahuluan

Dalam memilih dan mendesain antena, kita selalu dihadapkan oleh batasan-batasanyang didapat dari sistem komunikasi yang direncanakan .

Mari kita ulangi sekali lagi...

Sebagai contoh :

Jika misalkan kita diharuskan mendesain antena untuk komunikasi selular GSM, terlebih dahulu kita harus mengetahui : (1) Berapa range frekuensi kerja GSM yangterlebih dahulu kita harus mengetahui : (1) Berapa range frekuensi kerja GSM yang nantinya berkaitan dengan bandwidth antena yang kita rencanakan, (2) SWR maksimum yang diijinkan disisi pemancar dan penerima, berkaitan dengan matching impedance dengan saluran transmisi, (3) Kelas penguat, untuk merencanakan p g ( ) p gseberapa besar gain yang dibutuhkan untuk komunikasi tersebut (4) Cakupan daerah antena yang diinginkan yang berkaitan dengan beamwidth antena

Hanya saja ada beberapa hal yang harus kita pahami bahwa keempat persoalan diatasHanya saja, ada beberapa hal yang harus kita pahami bahwa keempat persoalan diatas adalah saling terkait dan proses desain antena terdiri dari kompromi-kompromi agar antena yang sudah didesain dapat memenuhi kriteria sebelumnya yang sudah ditetapkan. Dari sinilah yang menyebabkan kemudian bahwa persoalan desain antena


p y g y pmenjadi tidak sederhana

B. Antena Linear dan Turunannya A li b b d k b k d kAntena linear biasanya terbuat dari kawat atau batang konduktortipis dan terbagi menjadi 2 macam : (a) Antena Resonan atau disebutjuga sebagai Antena Gelombang Berdiri , (b) Antena Non Resonanatau Antena Gelombang Berjalan

B.1. Antena Gelombang Berdiri / Antena Resonang

λ 3 λ λ5

λ3 λ2

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 72λ

λ43 λ λ

4λ

2λ2

s

B. Antena Linear dan Turunannya

dzZ θ

r Sehingga, distribusi medan di tempat jauh,

⎫⎧ ⎞⎛⎞⎛ZL

θ

[ ]⎪

⎪⎪⎬

⎫

⎪

⎪⎪⎨

⎧

θ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ β−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ θβ

=θ sin2Lcoscos

2Lcos

rI60jE 0

Pencatuan ditengah dengan :⎞⎛

⎪⎪⎭⎪

⎪⎩

θsinr

[ ] ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −ω

= crtj

00 eIIDistribusi arus sinusoidal, dengan : [ ] ⎪⎪

⎬

⎫⎪⎪⎨

⎧⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ β−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ θβ

= 2Lcoscos

2Lcos

IjH 0, g

[ ] [ ] ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ±

λπ

= z2L2sinII 0 ⎪

⎪⎭

⎬

⎪⎪⎩

⎨ θπ=φ sinr2

jH


0zjika"" <+ 0zjika"" >−dan

λ=1L


⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ θπ cos2

cosE

λ=21L

λ2

L

o78

θ⎠⎝=θ sin

E2

λL( )θ

+θπ=θ sin

1coscosEλ=Lλ=L

o47

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ θπ cos2

3cosλ

3Lλ=

23L

-+

θ

⎟⎠

⎜⎝=θ sin

2Eλ=

2L 2

+-

P l j i k T h P k b li !!


+ -Pelajari konsep Tahanan Pancar kembali !!

B 2 Antena Gelombang Berjalan


B.2. Antena Gelombang BerjalanAntena gelombang berjalan (travelling wave antenna) terdiri dari kawat tunggal yang diterminasi dengan impedansi karakteristiknya

Contoh antena gelombang berjalan :

(a) kawat tunggal diterminasi

glbglb Keempat antena

disamping merupakan pendekatan untukditerminasi

(b) Rhombic diterminasipendekatan untuk memberikan gelombang berjalan Uniform Tunggal

(c) Helical panjang (d) Linear panjang tebal

Uniform Tunggal


( )zP ζρ Pada suatu konduktor antena gelombang


( )z,,P ζρ Pada suatu konduktor antena gelombang berjalan di samping, gelombang berarah menuju sumbu z

Pola pancar antena1r

2rr ρ

φ

Pola pancar antena, Pola pancar antena dipengaruhi pdan b

dimana, 0 b z

Konduktor

Arah gelombangdz p = kecepatan fasa pada

konduktor, umum disebut sebagai faktor kecepatan

cvp =

pb = Dimensi panjang konduktor

( ) ψ⎬⎫

⎨⎧

⎥⎤

⎢⎡

φ−ωφ

= ∠ζ cos1bsinsinpIH 0 ζφ η= HE idan( ) ψ⎭⎬

⎩⎨ ⎥

⎦⎢⎣

φφ−π

∠ζ cos1pc2

sincosp1r2

H1

( )⎥⎤

⎢⎡

φω

⎟⎞

⎜⎛ωψ cos1brt

ζφ


( )⎥⎦

⎢⎣

φ−−⎟⎠

⎜⎝−ω=ψ cos1

pc2ct

Pola pancar antena gelombang berjalan untuk beberapa nilai panjang b, dan


Pola pancar antena gelombang berjalan untuk beberapa nilai panjang b, dan faktor kecepatan fasa p

o60 o58 Arah gelombang

o25=τ

o31=τo68=τ

p = 1.0 p = 0.8 p = 1.0

λ


b λ= λ= 5b

C. Antena Loop dan Helix C 1 Antena LoopC.1. Antena Loop

zPada loop kecil sirkular : Jari-jari a << λ

(1) Dipandang sebagai L i

r

y

P

a

Analisis dengan 2 macam cara

Loop persegi

(2) Diekivalensikan sebagai Dipole

x Radius loop : amacam cara sebaga ipole

Magnetik PendekLihat masing-masing penurunan pada Diktat P Heroe hal V-5 !! didapatkan hasil yang sama :

The Loop pattern has

exactly the same shape as

V-5 !!, didapatkan hasil yang sama :

[ ]2 AsinI120E θπ=φ

[ ] ( )crtj

0eII −ω=

that of a Hertzian Dipole,

where the electric and

magnetic fields are

2rE

λφ

2aA π=[ ] AsinIH θπ=

“ Uniform Loop”


interchanged. a = jari-jari loop2rH

λ=θ

Rumus Loop Sirkular Arus Uniform

Umum Loop kecil Loop besar

C. Antena Loop dan Helix :

2λBesaran Umum Loop besarUkuran sembarang

[ ] ( )sinCJCI60 1 θπ λλ [ ]2 AsinI120 θπ sama dengan umumθE3

1,1002

<< λλ CA 5>λC

r

πθ

120E

2r λ

πθ

120E

g

sama dengan umum

θE

φHπ120

( )∫λ

λπC2

02

2 dyyJC60

π120

42

2 C197A31200 λ=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛λ

λ=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛λ

C592a3720rR

0

( )[ ]∫

λ

θλλC2

2

max2

1

dy)y(J

sinCJC2⎠⎝

23

λ=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛λ

C68,0a25,4D∫0 2 dy)y(J ⎠⎝

λπ

=λa2C

d4

1xuntuk2x)x(J1 <<≈ Fungsi Bessel Orde 1

⎞⎛ 86423x2

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 14λ

=λd4C ( utk loop persegi ) ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+−+−=∫ ...

31680x

1080x

56x

5x1

3xdy)y(J

86423

02

• Aplikasi Antena Loop

C. Antena Loop dan Helix

Aplikasi Antena Loop1. Tidak cocok untuk transmitter (karena tahanan radiasi

sangat kecil), tetapi mudah untuk dibuat dan sering digunakant kuntuk :

Low Frequency AM receiver (HiFi)Ferrite sebagai inti akan memberikan performansi yang lebih baik.Multiple loop digunakan untuk meningkatkan Tahanan Radiasi

2. Aplikasi untuk Directional Finder (dikombinasikan dengandipole):dipole):z y Dipole

Resultant Pattern

xy

x- +


x

Loop

C.2. Helical Antenna Antena Helix ditemukan


Antena Helix ditemukan oleh John Krauss tahun

1946Normal Mode Radiation• Mode radiasi

pada helix ada 2 macam : 1

<C

Operational ModesAxial Mode Radiation

macam :3

<λC

4334

43

<< λC

• Macam-Macam antena helix :

Balance

i Variable

Unbalance

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 16TaperedUniform

Variable Pitch Envelope

Variable Thickness

• Dimensi-Dimensi pada helix :


Diameter D

• Dimensi-Dimensi pada helix :C = π.D = kelililing lingkaran

S = Spasi / pitchz

Turn spacing S

Number of turns NN = Jumlah lilitan

L = NS = Panjang helix (sumbu helix)

Pitch Angle α

LD =

= Panjang satu lilitan

22 CS +

x

C = Circumference

gLN = NLD = panjang kawat

α = Pitch angle = ( )CStan 1−

πDGround Plane > λ/2

Cλ = λπD


• Normal Mode Radiation


Normal Mode Radiation

Antena helix dapat dipandang sebagai

l j l h

Diameter D

susunan loop sejumlah N loopz

y

Entire Helix Length Lx

Normal Mode Radiation (broadside) terjadi jika : D << λ atau , LN << λ


N

• Distribusi Medan Mode Normal


Distribusi Medan Mode Normal

[ ] θπ=θ

SsinI60jEPolarisasi Eliptis

λθ rj

[ ]2 AsinI120E θπS2

A2S

EE

AR λ

φ

θ

π=== RatioAxial

[ ]2r

Eλ

=φ

dengan,

2CS2

λ

λ=

4DA

2π= Polarisasi Sirkular

1AR =λπ

== λλDS2Cλ

λπ

==α λ

2D

2Ctan


• Axial Mode Radiation preferred mode

C. Antena Loop dan Helix p

Axial Mode Radiation (endfire) terjadi jika :

3/4 < Cλ < 4/3

Sifat sifat mode axial

z 1. Narrow Mainbeam dengan minor sidelobes2. Polarisasi sirkular (orientation ∼ helix orientation)

Sifat-sifat mode axial

3. Bandwidth lebar dibandingkan mode normal4. Tanpa kopling antar elemen5. Dapat disusun dengan helix lainnya untuk meningkatkan

x

y5. Dapat disusun dengan helix lainnya untuk meningkatkan

gain 6. Perancangan tidak kritis


Circumference C

• Parameter of Axial Mode Radiation


Parameter of Axial Mode Radiation

φ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ ψ

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛ π

= cos2Nsin

2sinE dengan⎥⎤

⎢⎡ +φ−π=ψ

1)cos1(S2φ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ψ⎟

⎠⎜⎝

= cos

2sinNsinE g

⎥⎦⎢⎣+φ−π=ψ λ N2

)cos1(S2

o o

( )λλ

=NSC

52HPBWo

( )λλ

=NSC

115FNBWo

NSC12 2λλ=D

λ= C140TR =C

150TRdan

λC

1N2AR +

( Axial Feed )( Periferal Feed )

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 21N2

AR =

• Aplikasi


• Aplikasi

1. High gain, large bandwidth, simplicity, circular polarisation in AXIAL

MODEMODE:

Space Communication (200-300MHz)

2. Arrays of Helixes with higher gain (they hardly couple!)


Latihan: Problems 8-3-2

A right-handed monofilar axial-mode helical antenna has 30 turns, λ/3 diameter and λ/5 turn spacing.

(a) What is the HPBW? ( )(b) What is the gain (η = 100 %) ? (c) What is the polarization state?(c) What is the polarization state? (d) What is the AR


Solution o o52 52(a) From (8-3-4),o o

o1 2

1 2

52 52HPBW 20.3( ) (30 0.2)

3C nSλ λ

π≅ = =×

(b) For zero losses,G=DFrom (8 3 7)

3

From (8-3-7),2 212 12( / 3) 30 0.2 79 or 19 dBiD C nSλ λ π≅ = × =

(c) RCP (right circularly polarized)( ) ( g y p )(d) AR=61/60=1.017


D. Antena V dan Rhombic (Double V) D 1 Antena V

• Antena V digunakan terutama untuk panjang gelombang 1 – 50 m• Tipikal pola pancar antena

o36

D.1. Antena V

gelombang berdiri (resonan) untuk panjang elemen 2λ , diberikan disamping :

o36

λ2

Contoh 1V gelombang berdiri (resonan)

Contoh 2V gelombang berjalan (non resonan)

βγ 2=

o90=γβγ 2=

Pencil Beam (single lobe)


D. Antena V dan Rhombic (Double V)

Contoh 3V silinder (resonan)

o90=γBeamwidth melebar akibat

202 λ=aλ25,1

penambahan diameter

202a


D.2. Antena Rhombic ( Double V )

D. Antena V dan Rhombic (Double V) D.2. Antena Rhombic ( Double V )Rhombic merupakan antena gelombang berjalan, yang umumnya dipakai untuk frekuensi kurang dari 400 MHz ( populer pada f = 30 MHz, λ = 10 m )

φφ

LL

• Parameter rhombic : L, φ, dan h Dicari nilai optimumnya :

maximum gain dan minimum sidelobe

LZAxis of rhombic

Terminatingimpedance

• Tahanan terminasi : 600 – 800 ohm

• Terdapat pula multiple rhombic

• E = jumlah E dari dari tiap kawat• Etot = jumlah E dari dari tiap kawat pembentuknya

Azimuth pada α = 10o

o10=α

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 27Elevasi

• Untuk satu rhombic persamaan medan totalnya diberikan

D. Antena V dan Rhombic (Double V)

( ) ( )ψαφ sinsinsincos 2 Lh

• Untuk satu rhombic, persamaan medan totalnya diberikan sebagai berikut :

( ) ( )( )αφ

ψαφ

cossin121

sin.sinsin.cos

−= rr

totLhE

2Dimana, α = elevasi terhadap tanah

( )cossin1 αφψ −=α = elevasi terhadap tanah

φ = 0,5 sudut antara kaki rhombichλ = tinggi rhombic dari tanah dalam λ

2ψ =

Lλ = panjang kaki rhombic dalam λhr = 2π hλL 2π L


Lr = 2π Lλ

E. Modifikasi Dipole & Antena Ground Plane

E.1. Antena Dipole Lipat (Folded Dipole)

Dipole dilipat digunakan untuk menaikkan tahanan radiasi antena

s

• Dipole Lipat 2

ZIZIV ZIZIV

2λ

s1221112

ZIZI += 2222122ZIZI +=

Karena s <<, maka Z12 ≈ Z11 dan Z21 ≈ Z222( ) 11112111 2.22 ZIZZIV =+=

4ZVZ ==

s

1I

1I

2V

2V

111

4ZI

ZT ==

Untuk Z11 = 70 ohm, maka ZT = 280 ohm !!


• Dipole Lipat 3


Dipole Lipat 3Ω630=×== 7093 11

2 ZZT

• Lipatan Yang Lain

2λ 4

3λ

IΩ450=TZ2

Ω900=TZI

λ

Modul Va Macam-Macam Antena 30

2Ω1400=TZ

E.2. Modifikasi Dipole


E.2. Modifikasi DipoleD

1d

2d

• T-Match

2λ

2λ

2d

T match : Z = f(D)T match : ZT = f(D)Contoh : L = 0,48λ ; D = 0,12λ

d1 = ( 0,0001 - 0,001 )λd 0 01λ

ΩZT 600=d2 = 0,01λ

• Dipole Lipat Ditarik

λLoop(dari lipat 2)

Quad(dari lipat 4) 4

λ

4λ(dari lipat 2) (dari lipat 4) 4

λ


λ 4λ

E 3 A t G d Pl


E.3. Antena Ground PlaneGround plane akan meningkatkan tahanan pancar antena karena adanya prinsip bayangan. Bentuk groundplane akan mempengaruhi karakteristik antena (pola pancar, bandwidth dsb)

λ λ

bandwidth, dsb)

4λ 4

λ

4λ

4λ

4λ

dsbTE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 32

dsb...

F. Antena-Antena Reflektor Antena reflektor t l d l k k kt i tikAntena reflektor sangat populer dalam penggunaan karena karakteristik reflektor yang dapat digunakan untuk bermacam-macam keperluan. Reflektor berguna untuk :g

• Mengubah diagram arah• Menaikkan gain

M b F t t B k R ti• Memperbesar Front to Back RatioDalam bagian ini akan dijelaskan 3 macam reflektor saja, sekalipun di lapangan mungkin akan ditemui ditemui jenis reflektor yang lain. Ketiga macam antena reflektor tersebut adalah :

• Reflektor bidang datarR fl kt S d t• Reflektor Sudut

• Reflektor Paraboloid


F. Antena-Antena Reflektor

F.1. Antena Reflektor Bidang Datar

φ Dari prinsip bayangan, antena 1/2 λ dipole h i t l d fl kt bid d t k

ssantenabayangan

φ horisontal dengan reflektor bidang datar akan memberikan penguatan / diagram arah kuat medan :

RRantenabayangan

( )φ−+

+=φ cosSsin

RRRRR2)(G r

12L11

L11f

Dengan : RL = tahanan rugi-rugi ohmic /panas antenaR11 = tahanan sendiriR12 = resistansi antena dengan bayanganyaR12 resistansi antena dengan bayanganyaSr = 2πS / λ


Dari persamaan sebelumnya diketahui bahwa pola pancar


Dari persamaan sebelumnya, diketahui bahwa pola pancar antena dengan reflektor bidang datar adalah fungsi dari jarak antena tersebut dengan bidang reflektornya (S)


Di bawah ini adalah grafik gain yang dicapai oleh antena dipole ½λ yang F. Antena-Antena Reflektor

b w g g y g p p ½ y gditempatkan sejarak S/λ didepan reflektor bidang datar.Selanjutnya, gain dan bandwidth adalah 2 hal yang harus dikompromikan

S G S GS ⇒ G dan B S ⇒ G dan B


F.2. Antena Reflektor Sudut 2

F. Antena-Antena Reflektor F.2. Antena Reflektor Sudut

corner reflector

S

Dengan memakai Prinsip bayangan, maka 1 buah antena dengan reflektor b d t 90o ki l

14

α

S

Parameter parameter dalam antena reflektor sudut

bersudut 90o ekivalen dengan susunan 4 buah antena

3

apexDE

Parameter-parameter dalam antena reflektor sudut adalah :

• α = sudut cornerBi di k i

S

S

SDE φ

Biasanya dipakai :

dimana n adalah bilangan bulatn

180o

=αS

S

S

• S = jarak antara antena (DE=driven elemen)

Umumnya sudut adalah 90o , tetapi kadang-kadang didapati juga sudut reflektor 60o.

n

37

j ( )dengan reflektornya

• Untuk antena dengan sudut reflektor α = 90o

F. Antena-Antena Reflektor Untuk antena dengan sudut reflektor α 90

S

Analisis menganggap terdapat 1 DE dan 3 bayangan, sehingga muncul susunan elemen ½λ, semuanya mempunyai magnitudo arus yang sama

S

S

SDE φ

o90=α

semuanya mempunyai magnitudo arus yang sama

TETAPI,

( fasa antena 1 = fasa antena 4 ), dan keduanya S

2

90=α berbeda fasa sebesar 180o terhadap ( fasa antena 2 = fasa antena 3 )

Pada titik jauh P yang berjarak r dari antena

1

2

4

Pada titik jauh P, yang berjarak r dari antena , diperoleh distribusi kuat medan :

( ) ( ) ( )φφφ sincoscoscos2 1 rr SSkIE −=

Dengan : I1 = arus tiap elemenSr = 2πSλk = konstanta fungsi r


3 k = konstanta fungsi r

D i li i 4 t D b i i d


• Dari analisis susunan 4 antena tersebut, didapatkan bahwa emf V1 pada terminal DE :

2 ZIZIRIZIV

• Dengan substitusi pada persamaan distribusi medan, didapat :

2 PkI121141111111 2 ZIZIRIZIV L −++=dengan,Z11 = impedansi sendiri DE ( ) ( )φφ sincoscoscos

22

12141111

rr

L

SS

RRRRkI

−×

−++=

Z11 impedansi sendiri DER1L = tahanan rugi ekivalen DEZ13 = Z12 = impedansi mutual dgn elemen

3 dan 2

( ) ( )φφ rr

• Sedangkan kuat medan di titik jauh P dari DE tanpa reflektor adalah :

Z14 = impedansi mutual dgn elemen 4

• Jika daya input ke DE adalah P, k

( )LRR

PkE111

'+

=φ

maka :

1 2RRRRPI =


12141111 2RRRR L −++ Sehingga….

Ingat kembali definisi gain maka diperoleh Gain kuat medan


Ingat kembali definisi gain…maka diperoleh Gain kuat medan antena dengan reflektor terhadap antena tanpa reflektor ( untuk α = 90o )

( ) ( ) ( )φφφ sincoscoscos2

21214111

111rr

L

Lf SS

RRRRRRG −

−+++

=

Untuk α = 60o , akan dapat dipandang sebagai array 6 elemen ½λ, yang terdiri dari 1 DE dan 5 bayangan, menghasilkan :

( )φ−−++

+=

L

Lf RRRRR

RRG22

2161214111

111

( ) [ ]( ) [ ]( )φφφ +−−−× or

orr

L

SSS 60cossin60cossincossin161214111



Di samping ini adalah variasi jarak antara DE dengan apex reflektor (S) untuk α = 90o

Dapat dilihat bahwa pola pancar antena berubah dengan berubahnya jarak Sjarak S

41


Disamping iniadalah grafik perubahan gain dalamperubahan gain dalam dBd (sumbu vertikal sebelah kiri ) dan dBi (sumbu vertikal(sumbu vertikal kanan) terhadap perubahan Sλ .

Gai

n, d

Bi

Gai

n, d

Bd

GG


Antenna to corner spacing, Sλ

S d k h


Sedangkan tahanan terminasi antena sebagai fungsi dari Sλg g λdiberikan pada grafik di samping untuk beberapa sudutbeberapa sudut reflektor.Untuk α = 90o,

RT = R11 + R1L + R14 - 2 R12


L = 2SDimensi Reflektor

F. Antena-Antena Reflektor Dimensi Reflektor

H

S

G

Dimensi reflektor untuk α = 90o

G ≤ 0,1λ ; H ≥ 0,6λS = 0,35λ L = 0,7λS = 0,5λ L = 1,0λ



Jika antena dipole diletakkan miring di depan reflektor sudut maka akandepan reflektor sudut, maka akan dihasilkan polarisasi eliptis.


Problem 10-3-1. Square-corner reflector

A square-corner reflector has a driven λ/2 dipole antenna space λ/2 from the corner. Assume perfectly conducting sheet reflectors of infinite extent (ideal reflector). Calculate and plot the radiation pattern in a plane at right angles to the driven element.


Solution:/ 2λ

1 2

11

11 14 12

( ) 2 [cos( cos ) cos( sin )]2f r r

RG S SR R R

φ φ φ⎛ ⎞

= −⎜ ⎟+ −⎝ ⎠

From (10-3-6) the gain of a lossless corner reflector over a reference dipole is given by

11 14 12⎝ ⎠

/ 2S λ= o( 0 )φ =For and maximum radiation direction

1 273.1( ) 4 3.06 or 9.7 dB (=11.9 dBi)73.1 3.8 2 24fG φ ⎛ ⎞= =⎜ ⎟+ + ×⎝ ⎠

this becomes

14R 1λSee Table 13-1 and Fig. 13-13 for the mutual resistance values for at

12 at 0.707R λseparation and

separation. The above calculated gain agrees with the value shown by the curve in Fig. 10-11.Th h ld b id i l h i Fi 10 12


The pattern should be identical to the one in Fig. 10-12a.

F 3 Antena Reflektor Paraboloid


F.3. Antena Reflektor ParaboloidAntena dengan reflektor paraboloid sangat populer untuk komunikasi gelombang mikro ( frekuensi di atas 1 GHz ) terestrial dan juga untuk komunikasi satelitsatelit.

Gain yang dicapai sangat tinggi, bisa mencapai puluhan dB (≈ 60 dB)

Parabolic Dish Pemantul umumnya terbuat dari baja

Feed

terbuat dari baja, aluminium, atau bisa juga lapisan logam (foil) yang dilekatkan pada fib l


fiberglass

• Bentuk utama parabolaF. Antena-Antena Reflektor

• Bentuk utama parabola• Parabola Silindris

Mengubah muka gelombang ili d i di k

Terdapat 2 macam bentuk utama

silindris yang dipancarkan sumber garis sefasa menjadi gelombang datar pada aperturnya

Line sourceparabola, yaitu :

• Parabola Spheris M b h k l b h i

Line source

Aperture

• Parabola Spheris Mengubah muka gelombang spheris yang dipancarkan sumber isotropis pada fokus, menjadi gelombang datar pada apertur nyadatar pada apertur-nya.

Atau jika jika dilihat berkas gelombang datang dari titik fokus, Point source


akan dipantulkan sejajar sumbu paraboloidAperture

(a) Analisis GeometriF. Antena-Antena Reflektor

(a)

Fokus = F

Rθ

Persamaan lengkung parabola, pada gambar di samping parabola memiliki fokus F d b j k L d i k di k bb

Analisis Geometri...

Fokus = F

Verteks

Muka

dan berjarak L dari verteks dinyatakan sbb :

θ=

1L2R

(b)L

Mukagelombangdatar

y

θ+ cos1

Definisi :( )

F

PQ

Definisi :

Lengkung paraboloid adalah tempat kedudukan titik-titik yang jaraknya ke titik fokus

F

Verteks

Axisx

y g j y fsama dengan jaraknya ke bidang datar

Directrix

PQPF

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 50Directrix

PQPF =

( ) B' A'


(c)

PQ

B A

S

QSPQQSPFPSPF =−+=+

Jadi gelombang dari sumber isotropis pada fokus F

Axis

Jadi gelombang dari sumber isotropis pada fokus F akan dipantulkan oleh parabola menjadi sefasa pada garis/bidang AA’.

Bayangan fokus F adalah direktriks MedanAperturbidangdatar

Bayangan fokus F adalah direktriks. Medan pantul pada AA’ seolah-olah berasal dari direktriks sebagai gelombang datar.

Bidang/garis BB’ disebut Apertur Datar atauB A Bidang/garis BB disebut Apertur Datar atau apertur fisik


Distribusi Medan...F. Antena-Antena Reflektor

Distribusi Medan...• Aperture Parabola Silindris

yEkspresi untuk daya, W

dy

θd R

y W = Daya pada strip pita selebar dy sepanjang 1 meter ke arah sumbu z

y.dyW Ρ= 'U.dW θ=y θ

L

F x

yyPy = rapat daya pada y U’ = intensitas radiasi

sepanjang 1 m ke arah zL

sumber garisisotropis θ=Ρ d'Udy.y

k

dy θ=

Ρ)sinR(d

1'U

y

maka,

L2


dy1 meter

θθ

d)sinR(dU

θ+=

cos1L2R

Sehingga….

Didapatkan


'UL2

cos1PPyθ+

== θ

Didapatkan...

L2Untuk θ = 0,

'U1PP 'UL

PP 00 ===θ

Dengan normalisasi Pθ terhadap P0 , did tkdidapatkan :

2cos1

PP θ+

=θDistribusi medan ternormalisasisebagai fungsi θ untuk apertur parabola silindris2P0

cos1E θ+=θ

silindris

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 532E0

Distribusi Medan...F. Antena-Antena Reflektor

• Aperture Paraboloid / Dish Antennay

ρd

Ekspresi untuk daya, W W = Daya dalam cincin dengan radius ρ dan lebar dρ

θd

θ

R

F

ρd

ρ

W Daya dalam cincin dengan radius ρ dan lebar dρ= Daya yang dipancarkan antena isotropik untuk

sudut ruang 2π sinθ dθ

Pd2W Udi2W θθθ

L

F

sumber titik

xρρπρ= Pd2W Udsin2W θθπ=

Pρ = rapat daya pada ρ U = intensitas radiasi isotropis

UdsinPd θθ=ρρ ρ

ρ

ρ

⎞⎛θ

=Ρρ

dsin

U

maka,

θiL2


dρ ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛

θρρ d

dUθ+θ

=θ=ρcos1sinL2sinR

Didapatkan...F. Antena-Antena Reflektor

( ) UL4

cos1PP 2

2θ+== θρ

p

L4Untuk θ = 0,

U1PP == UL

PP 200 ===θ

Dengan normalisasi Pθ terhadap P0 , didapatkan :didapatkan :

( )cos1P 2θ+=θ Distribusi medan ternormalisasi

sebagai fungsi θ untuk apertur paraboloid4P0

cos1E θ+=θ

sebagai fungsi θ untuk apertur paraboloid

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 552E0

Iluminasi Pada Apertur ParabolaF. Antena-Antena Reflektor

u s d pe u boGambar (a)

Jika antena primer isotropis spheris, bagianAxis

Secondary pattern

V A FD

p p p , gA akan sefasa dengan muka gelombangdatar pada apertur, sehingga diagram sekunder akan berbentuk ENDFIRE.

n λ

Isotropic source pattern(primary pattern)

Gambar (a)4 Gambar (a)

nL λ×=

Gelombang yg dipantulkan sefasa dengangelombang yg tdk dipantulkan Interaksi

4nL ganjil ×= gelombang yg tdk dipantulkan Interaksi

Positif

λ Gelombang yg dipantulkan berlawanan fasa dgnJika


nL genapλ

×= gelombang yg tdk dipantulkan InteraksiNegatif


TaperredIllumination

Gambar (b)

Jika jarak fokus primer spheris kearah reflektor semakin dekat ( L << ) ,

V FD

( ) ,maka iluminasi pada apertur akan tappered ( menurun ke tepi ) karena jarak fokus ke reflektor akan berbeda

Relative field intensity

sebesar :

LRlog20 max

primary patternGambar (b)

L


Gambar (c)


Taperred illumination withdashed primary pattern

Gambar (c)

Pada saat L dibesarkan supaya penurunan ke tepi ( tappered ) semakin kecil maka :

VD LF

1φ+kecil, maka :

• Jika iluminasi primer dapat dijaga tetap uniform spheris, maka

k i ( d) dprimarypattern

R l ti fi ld

1φ− penurunan ke tepi (tappered) pada iluminasi apertur akan sedikit Lihat garis penuh !!

Relative fieldintensity

Nearly uniform illuminationwith solid primary pattern

Gambar (c)

• Jika iluminasi primer tappered, maka iluminasi apertur juga akan tappered. Lihat garis putus-putus !!

Dalam desain, makin besar tappered (penurunan ke tepi) maka side lobe makin kecil sedangkan direktifitas akan berkurang !!

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 58Jarak fokus yang besar biasa dipakai untuk antena astronomi ( L/D >> )

Pola Pancar A B A Si k l D Il i i U if


Pola Pancar Antena Besar Apertur Sirkular Dengan Iluminasi Uniform

Radiasi dari suatu antena parabola uniform

illumination uniformuniform plane wave

pbesar dengan aperture iluminasi uniform secara tipikal adalah ekivalen dengan

φD φ

illumination uniform illumination

ekivalen dengan apertur sirkular dengan diameter yang sama, D.infinite sheet

Relative field intensityRelative field intensity

Paraboloid

• Pola medan radiasi dari aperture iluminasi uniform dapat dihitung dari Prinsip Huygens. Pola medan ternormalisasi E(φ ) sebagai fungsi D dan φ adalah sebagai berikut :

Paraboloid

( )( )[ ]

φ

φλπ

πλφ

sin

sin2 1DJ

DE =

D Diameter apertureλ Panjang gelombang ruang bebasφ Sudut terhadap garis normal aperture


φπ sinD J1 Fungsi Bessel orde pertama

• Sedangkan First Null dari pola radiasi

F. Antena-Antena Reflektor Sedangkan First Null dari pola radiasi dinyatakan dinyatakan dari rumusan berikut :

833iDφ

π

• Sehingga, untuk apertur sirkular iluminasi uniform (parabola besar)

o14083,3sin 0 =φλ

Sehingga, λ

φD

FNBW 1402 0 =×=

• Half Power Beamwidth, untuk apertur

D22,1arcsin

D83,3arcsin0

λ=

πλ

=φ

=58HPBW

o

Half Power Beamwidth, untuk apertur sirkular iluminasi uniform (parabola besar)

untuk sudut kecil, berlaku untuk parabola besar ( D > 10λ )

00sin φ≈φ

λ

=D

HPBW

• Sedangkan direktivitas, dinyatakan :00sin φφ

( )=φλ

radD22,1

024λ

π ApertureLuasDdir =Sehingga,

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 60( )derajatD70

λ

o

=

λ

22

2

87,94

4 λλππ DDDdir ==

• Di bawah ini dinyatakan perbandingan parameter parameter antara parabola


• Di bawah ini dinyatakan perbandingan parameter-parameter antara parabola aperture sirkular dengan rectangular untuk distribusi aperture uniform

ApertureSirkular Rektangular

Half Power Beam Width =58HPBW

o

=51HPBW

o

Half Power Beam Widthλ

=D

HPBWλL

HPBW

Beam Width Between First Nulls =D

140FNBWo

=L

115FNBWo

λD λLDirektifitas (Gain terhadap isotropik)

287,9 λDDdir = '6,12 λλLLDdir =

Gain terhadap dipole λ/22D6G λ= 'LL7,7G λλ=

Dimana Dλ diameter ( dalam λ )L j i i k l ( d l λ )


Lλ panjang sisi rektangular ( dalam λ )Lλ’ panjang sisi rektangular yang lain ( dalam λ )


Perbandingan pola radiasi relatif antara apertur sirkular D = 10λ dengan


Perbandingan pola radiasi relatif antara apertur sirkular D 10λ dengan aperture bujursangkar L = 10λ

Problem 10-7-1 & Persiapan UASCalculate and plot the radiation pattern of paraboloidal reflector with uniformly iluminated aperture when the diameter is 8λ and when the diameter is 16λ !Di dekat antena dipole λ/2 dipasang suatu reflektor sempurna sudut 600

dengan jarak λ/2.Ilustrasikan antena tersebut dengan bayangan-bayangannya!Tentukan harga-harga resistansi sendiri dan resistansi gandeng antarag g g gantena dipole λ/2 dengan bayangan-bayangannya!Jika tahanan rugi-rugi driven elemen dianggap = 0, Tentukan persamaangain kuat medan antena dengan reflektor terhadap antena tanpa reflektorGf(φ)!Hitung Gain Masimum [dBi] ! Plotkan Gf(φ) untuk -π/6 ≤ Φ ≤ +π/6 !Plotkan Gf(φ) untuk π/6 ≤ Φ ≤ π/6 !


Problem 10-7-2A circular parabolic dish antenna has an effective aperture of 100 m2. If one 45° sector of the parabola is removed, find the new effective aperture. The rest of the antenna, including the feed, is unchanged.


Sectorremoved

φ45o

φφφ

Th f ll di h h ff ti t A i th t th di hThe full dish has an effective aperture Assuming that the dish characteristics are independent of angle removing one 450

sector reduces the effective aperture to 7/8 of its original value provided the feed is modified and so as not to illuminate the areaprovided the feed is modified and so as not to illuminate the area of the missing sector. However, the feed is not modified and, therefore, its efficiency is down to 7/8. Therefore, the net aperture efficiency is (7/8)2 and the net effective aperture is


p y ( ) p2 2(7 / 8) 100 76.6 m× =

G. Antena 2 Aplikatif G 1 Antena YagiG.1. Antena Yagi

2 .809660

90

120

• 3-element Uda Yagi (endfire)

z

d2 1 .1238

1 .6858

2 .2477

30150

yd1

0 .56192

180 0

y

210 330Reflector

xDriver

Director240

270

300

DirectorReflector

TE3423 - Antena dan Propagasi - Macam-macam Antena 66Driver

• Aplikasi Uda - Yagi

G. Antena 2 Aplikatif

Aplikasi Uda Yagi

Antena Uda- Yagi adalah antena yang paling populer sebagaipenerima untuk frekuensi VHF-UHF karena sifat-sifatnya : desain

t d h h h b t i l tif d tpencatuan yang sederhana, harga murah, berat ringan, relatif dapatmencapai gain yang cukup tinggiBerhubung frekuensi yang lebih tinggi mendapatkan perlakuang y g gg p predaman yang lebih besar dari kanal udara, maka implementasi Uda-Yagi untuk frekuensi yang lebih tinggi memerlukan gain yang lebihtinggi.

FM-Radio (88MHz-108MHz) 3 element UY

TV (low) (54MHz-88MHz) 3 element UYVHF

TV (high) (174MHz-216MHz) 5-6 element UY


TV (470MHz-890MHz) 10-12 element UYUHF

• Kriteria Desain Praktis Antena Yagi

G. Antena 2 Aplikatif Kriteria Desain Praktis Antena Yagi

1. Spasi antena yang semakin dekat akan meningkatkan Front to Back Ratio yang makin besar pada main beamnya.

2 S i ki l b / k h ilk b lik2. Spasi yang semakin lebar/renggang akan menghasilkan sebaliknya3. Tetapi, spasi yang makin lebar akan menghasilkan bandwidth yang

lebih lebar.4 Memperbanyak jumlah director akan memperbesar gain tetapi terdapat4. Memperbanyak jumlah director akan memperbesar gain, tetapi terdapat

nilai optimal dimana penambahan jumlah director tidak memperbesar gain secara signifikan lagi

5. Uda-Yagi juga akan memiliki bandwidth lebih lebar jika reflektor5. Uda Yagi juga akan memiliki bandwidth lebih lebar jika reflektor dibuat lebih panjang dari optimum sedangkan director lebih pendek dari optimum.

6. Folded dipole digunakan sebagai elemen driver untuk meningkatkan gain dan bandwidth yang lebih lebar.

7. Bandwidth bisa diperlebar dengan mengganti reflektor dengan lembaran konduktor atau jaring kawat

8 R fl kt d t bi di k i t k b i d b d idth


8. Reflektor sudut bisa dipakai untuk memperbesar gain dan bandwidth

G 2 Turnstile Antenna


G.2. Turnstile Antenna

Small Cross-Dipolez

)(E)(E)(E with quadrature current feeding:

rP

B

)r(E)r(E)r(E BA +=

x

ydLA B

xz0 jIII ==

( )β−

θβη ˆidlIejE

rj

( ) θθπ

βη= a.sin.dl.I

r4jrE zA

( ) ( )β−

φ+φθβη ˆiˆdlIejE

rj


( ) ( )φθ φ+φθ−π

βη= a.sina.coscos.dl.I

r4jrE xB

• Radiation Pattern


3-D Pattern of infinitesimal Turnstile Antenna

y

z Radiation in alldirections!

x

y

2-D x-z plane Field Pattern of Turnstile Antennas

z zI fi it i l

x x

Infinitesimal Turnstile

Finite Length Turnstile


x x

• Aplikasi Antena Turnstile

G. Antena 2 Aplikatif Aplikasi Antena Turnstile

1. Polarisasi sirkular pada arah broadside umumya digunakan untuk :

Kom nikasi satelitKomunikasi satelit

Aplikasi radar

2 Pada kendaraan angkasa2. Pada kendaraan angkasa

3. TV broadcast transmit antenna :

Pada bidang x-z akan memiliki pola pancar hampir sirkularPada bidang x z akan memiliki pola pancar hampir sirkular


G 3 Antena Mikrostrip


G.3. Antena Mikrostrip• Struktur Patch

PatchFeed

S b t tSubstrate

L

εr

t

d

- - - - + + + +

+ + + +


r d- - - -+ + + +

A lik i A t Mik t i


RectangularDipole

• Bentuk Patch • Aplikasi Antena Mikrostrip

1. Umumnya diaplikasikan untuk k ik i l kkomunikasi yang memerlukan ukuran antena yang kecil, spt :

aircrafts, mobile, dll

Elliptical Circular Ring 2. Bentuk patch dan pencatuan berkaitan dengan polarisasi, pola pancar impedansi dll

Triangular

pancar, impedansi, dll.

3. Efisiensi umumnya rendah, bandwidth sempit

dan sebagainya….4. Selalu dioperasikan untuk

pancaran broadside

5 λ/3 L λ/2 d 2 12


5. λ/3 < L < λ/2 and 2 < εr < 12

G 3 Antena Horn


G.3. Antena Horn

TE10

• Bentuk-Bentuk Antena Horn10

E-Plane sectoral horn

H-Plane sectoral horn

Pyramidal horn

• Aplikasi Antena HornCukup luas digunakan sebagai antena primer ( feed element ) pada parabola, yang digunakan untuk :

A lik i k ik i l b ik

Aplikasi Antena Horn

Aplikasi komunikasi gelombang mikro fixed point to pointRadio AstronomySatellite tracking


Keuntungan : bandwidth lebar, ringan, mudah dibuat, gain cukup besar

H 1 Q d ifil H li A t

H. Exotic AntennaH.1. Quadrifilar Helix Antenna

The Helical Antenna was invented by

Kilgus in 1968. (see his papers)

Used for communication between mobile user and non-geostationary satellite systems

Gives Circular Polarisation in all directions, thus becomes independent of elevation angle of satellite.


H 2 F t l A t

H. Exotic Antenna

H.2. Fractal Antenna


H 3 Slotted Waveguide Antenna

H. Exotic Antenna

H.3. Slotted Waveguide Antenna

R di l li l tt d idRadial line slotted waveguide antennas

Single-layer millwave slotted waveguide antennas


Motto Kuliah Antena dan Propagasi

“E

Everything what can be transmitted can bereceived ”

EM

6


TE3423 5 Macam-macam Antena - Telkom...

Documents

Transcript of TE3423 5 Macam-macam Antena - Telkom...