TE3423 6 PengukuranAntena - Telkom...

Modul #06

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

PENNGUKURANANTENA

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

Bandung – 2007

Organisasi

Modul 6 Pengukuran Antena• A. Pendahuluan page 3• B. Persyaratan Umum Pengukuran Antena page 8• C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena page 10• D. Pengukuran Diagram Arah dan Diagram Fasa page 20

E P k G i Di k ifi d Efi i i 24• E. Pengukuran Gain, Direktifitas, dan Efisiensi page 24• F. Pengukuran Impedansi, SWR, Bandwidth,

dan Distribusi Arus page 38p g• G. Pengukuran Polarisasi Antena page 47• H. Pengukuran Temperatur Antena page 52

TE3423 - Antena dan Propagasi - Pengukuran Antena 2

g p p g

A. Pendahuluan S k Si ihSekapur Sirih ...

Pada bagian sebelumnya, telah menganalisa, mensintesa, dan menghitungkarakteristik dari antena. Ada beberapa macam sebenarnya metoda analisa antena.Namun demikian ada banyak juga antena yang tidak dapat diteliti secara analitisNamun demikian, ada banyak juga antena yang tidak dapat diteliti secara analitisdisebabkan karena struktur dan metoda pencatuannya yang sangat rumit.Dalam beberapa tahun belakangan ini, dikembangkan metoda-metoda analisa yangkhusus seperti Teori Difraksi Geometris dan Metoda Momen, tetapi tetap saja adap f , p p jbanyak antena yang tidak dapat dianalisis dengan cara itu.Karena itulah, kemudian diperlukan Pengukuran Antena, yang hasil-hasilnyadipakai untuk menguji data teoritisT d t b b k lit k tik kit k l k k k itTerdapat beberapa kesulitan, ketika kita akan melakukan pengukuran, yaitu :• Untuk antena besar, diperlukan pengukuran diagram arah yang

terlalu jauh. Persoalannya adalah bahwa pantulan dengan berbagai benda-benda di sekitar daerah pengukuran akan sulit dihindari λ

>2L2r

benda benda di sekitar daerah pengukuran akan sulit dihindari λ• Sering tidak praktis untuk memindahkan antena dari tempat operasi ke tempat

pengukuran

U t k t t t t ti Ph d A ( S d t f )


• Untuk antena tertentu seperti Phased Array ( Susunan dengan pengaturan fasa ), mengukur karakteristik antena memerlukan waktu yang cukup lama

• Untuk sistem pengukuran outdoor umumnya akan bergantung pada cuaca saat

A. Pendahuluan

• Untuk sistem pengukuran outdoor, umumnya akan bergantung pada cuaca saat pengukuran

• Teknik pengukuran membutuhkan peralatan dan biaya yang sangat mahal

Sebagian dari kesulitan-kesulitan yang dihadapi tersebut dapat dipecahkandengan :

• Pemakaian teknik tertentu, seperti pengukuran medan dekat untuk prediksi medan jauhjauh

• Pengukuran dengan model diskalakan• Pemakaian peralatan khusus, misalnya : Otomatisasi dan komputerisasi, serta

pemakaian ruang tanpa gema ( Anechoic Chamber )

Karakteristik antena yang diukur adalah , :

pemakaian ruang tanpa gema ( Anechoic Chamber )

• Diagram arah dan diagram fasa• Gain dan directivitas• Gain dan directivitas• Efisiensi• Impedansi, SWR, dan Bandwidth• Distribusi arus


• Polarisasi• Temperatur antena

B. Persyaratan Umum Pengukuran AntenaKebanyakan antena diukur sebagai penerima sehinggaKebanyakan antena diukur sebagai penerima, sehingga diperlukan persyaratan ideal pengukuran , yaitu : Medan gelombang datar uniform ( Uniform Plane Wave ), beda fasa dan amplitudo

I B d fI. Beda fasa dari medan yang diterima di tiap titik elemen antena diinginkan = 0,

δ+r D = dimensi fisik antena

r DP P = titik observator

r = jarak travelling gelombang dari tengah antenaδ j k lli l b d i ir + δ = jarak travelling gelombang dari tepi

antena

λδ

×=δλπ

= o3602fasaBeda Dari Phytagoras, didapatkan :a2 D2

λλ ( )4arr 22 +=δ+

δ≈

8r

ar <<r<<δ

D2

δ Dari rumusan yang didapatkan beda fasa = 0 akan dicapai pada jarak r tak

TE3423 - Antena dan Propagasi - Pengukuran Antena 5r8

D≈δ Dari rumusan yang didapatkan, beda fasa = 0 akan dicapai pada jarak r tak

berhingga ( Tidak mungkin diaplikasikan ) Perlu toleransi !!

S hi k di

B. Persyaratan Umum Pengukuran Antena

Sehingga, kemudian….

Cutler, King, dan Kochmerekomendasikan toleransi beda fasa sebesar 22,5o atau ,

λ=δ

16=δ

Sehingga, jarak minimum pengukuran antena adalah :

≈Dr

2

≈2D2r Asumsi jarak ini sering dipakai

b i d j h !!δ≈

8r

16λ

=δλ

≈minr sebagai persyaratan medan jauh !!

≈2

ikDratau

Sebagai rumusan umum jika diinginkan toleransi beda fasa


λminratau glainnya


II. Amplitudo dari kuat medan yang diterima di tiap titik elemen antena diinginkan uniform

L k ( ) li d h• Lengkung (taper) amplitudo harus cukup kecil

• Ripple amplitudo harus cukup kecil

• Polarisasi silang harus High Purity

• Pada range pengukuran outdoor, variasi kuat medan dapat disebabkan oleh interferensi gelombang langsung dan gelombang pantul dari tanah atau objek l ilain

Variasi medan hendaknya ≤ 0,25 dB


III. Hal berikutnya yang harus diperhatikan untuk menghindari kesalahan ukur :

B. Persyaratan Umum Pengukuran AntenaIII. Hal berikutnya yang harus diperhatikan, untuk menghindari kesalahan ukur :

Keinginan untuk mencapai :

• Frekuensi sistem stabil• Kriteria medan jauh dipenuhi

Li k b b t l / fl k i• Lingkungan bebas pantulan / refleksi• Lingkungan bebas noise dan interferensi benda sekeliling• Impedansi dan polarisasi yang sesuai• Antena diarahkan sesuai/berimpit dgn sumbu utama• Antena diarahkan sesuai/berimpit dgn sumbu utama

Namun kondisi ideal di atas sangat sulit dicapai karena kondisi-kondisi yang melekat saat pengukuran, yaitu :

P k i l l di hi t l l b tid k• Pengukuran antena sering selalu dipengaruhi pantulan gelombang yang tidak diinginkan

• Pengukuran ideal akan memerlukan jarak ukur yang terlalu besarSangat kompleks jik lib tk i t t k l h (Mi l k• Sangat kompleks jika melibatkan sistem antena keseluruhan (Misal : pengukuran antena pada pesawat )

• Pengukuran Outdoor memberikan kondisi lingkungan EM yang tidak terkontrol• Pengukuran Indoor tidak mengakomodasikan pengukuran antena antena besar


• Pengukuran Indoor tidak mengakomodasikan pengukuran antena-antena besar• Secara umum teknologi pengukuran antena sangat mahal

Untuk mengurangi pengaruh refleksi terutama yang berasal


Untuk mengurangi pengaruh refleksi, terutama yang berasal dari pantulan tanah :

• Menara dibuat sangat tinggi• Penggunaan absorber pada menara• Bahan menara terbuat dari fiber glass

P d t d i t ti i b k t h l h• Pada antena dengan gain sangat tinggi beam ke tanah lemah

AbsorberAbsorber

MenaraFiber

h1 h2


C. Teknik-Teknik Pengukuran AntenaBerkaitan dengan lingkungan saat pengukuran terdapat 2 macamBerkaitan dengan lingkungan saat pengukuran, terdapat 2 macam Medan ukur ( pada referensi yang lain disebut Antenna Range ), yaitu :

(1) Medan Refleksi ( Reflection Ranges )( ) ( f g )• Medan langsung dan pantul membentuk penurunan yang kecil

simetris ke tepi

• Desain medan ukur refleksi cukup kompleks dan tergantung padaDesain medan ukur refleksi cukup kompleks dan tergantung pada koefisien refleksi tanah. Parameter desain utamanya adalah menentukan ketinggian AUT ( Antenna Under Test )

(2) Medan Ruang Bebas ( Free Space Ranges )(2) Medan Ruang Bebas ( Free Space Ranges )• Outdoor Free Space Ranges

a. Medan ditinggikan ( Elevated Range ) b. Medan dimiringkan ( Slant Range )

Terdiri darib. Medan dimiringkan ( Slant Range )

a. Anechoic Chamberb. Compact Antenna Test Range (CATR)

• Indoor Free Space Ranges

TE3423 - Antena dan Propagasi - Pengukuran Antena 10• Near Field - Far Field Method

Medan Refleksi ( Reflection Ranges )

C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena

Medan Refleksi ( Reflection Ranges )...• Medan refleksi didesain

sedemikian hingga gelombang pantul menjadi interferensi yangpantul menjadi interferensi yang bersifat konstruktif, dan daerah tes AUT adalah daerah gelombang datar serbasama (uniform plane wave)

• Desain medan ukur refleksi cukup kompleks dan tergantung pada koefisien refleksi tanah. Parameter desain utamanya adalah menentukan ketinggian AUT( Antenna Under Test )( Antenna Under Test ), sedangkan ketinggian antena sumber biasanya diketahuiDetail pengukuran dengan medan refleksi

dapat dilihat pada paper berikut :


L.H. Hemming and R.A. Heaton, “Antenna gain calibration on a ground reflection range,” IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. AP-21, pp. 532-537, July 1977.

M d Diti ik ( El t d R )


Medan Ditinggikan ( Elevated Ranges )...Rx

Dα Kriteria dan

persyaratan umum :Tx

β• Antena umumnya ditempatkan

pada menara atau bangunan yang

persyaratan umum :

h2h1

βtinggi

• Kondisi Line Of Sight tercapai

• Antena sumber memiliki gain2h1 • Antena sumber memiliki gain yang tinggi / side lobe rendah , sehingga energi gelombang tidak ada yang diarahkan ke permukaan bumi

• Diasumsikan bumi datar (smooth earth)



Medan Dimiringkan ( Slant Ranges ) ...Kriteria dan persyaratan umum :• AUT ( Antenna Under Test )

ditempatkan pada ketinggian tetap

persyaratan umum :

diatas non conducting tower ( Misal : terbuat dari fiberglass )

• Antena sumber harus memiliki null ke arah tanah ( atau sidelobe cukup kecil )

• Memerlukan situasi daerah terbuka untuk meminimisasi pantulan dari bangunan-bangunan


Anechoic Chamber ...C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena

Anechoic Chamber ...• Anechoic Chamber adalah ruang tanpa gema

yang populer untuk pengukuran terutama untuk antena gelombang mikro.

• Anechoic chamber memberikan ketepatan pengukuran dan lingkungan elektromagnetika yang terkontrol, serta berfungsi sebagai suatu

k d hi h i f isangkar Faraday sehingga mencegah interferensi EM dari dalam dan/ke luar ruangan.


Anechoic Chamber


Anechoic Chamber ...• Anechoic chamber pertamakali dikembangkan selama Perang Dunia II oleh Jerman dan Amerika Serikat. Pembuatan anechoic chamber menjadiPembuatan anechoic chamber menjadi mungkin setelah materi penyerap gelombang RF ditemukan dan tersedia secara komersial

• 2 macam tipe anechoic chamber adalah :

a. Tapered chamber (menyempit)b. Rectangular chamber (persegi) Ripple

TestZone

TE3423 - Antena dan Propagasi - Pengukuran Antena 15Tapered chamber Rectangular chamber

Compact Antenna Test Range (CATR)


Compact Antenna Test Range (CATR) ...Batasan yang dimiliki anechoic chamber adalah jarak untuk memenuhi syarat medan jauh Hal ini diatasi oleh 2medan jauh. Hal ini diatasi oleh 2 pendekatan :• Pembuatan CATR yang memungkinkan

pembangkitan uniform plane wavepembangkitan uniform plane wavepada jarak yang sangat dekat menggunakan pemantul parabola

• Transformasi medan dekat ke medanTransformasi medan dekat ke medan jauh ( near field - far field method )

Paraboloidal sebagai pemantul gelombang harus dibuat sepresisi mungkin dengan dimensi 3 atau 4 kali dimensi antena yang diukur untuk memberikan karakteristik

f l b ikuniform plane wave yang baik.Daerah pengukuran antena (disebut quite zone ) yang dicapai CATR umumnya antara 50-60 % dari ukuran reflektor. Sedangkan phase error kurang dari 10%, dan deviasi ripple dan amplitudo tapper kurang dari 1 dB


deviasi ripple dan amplitudo tapper kurang dari 1 dB

Near Field Far Field (NF/FF) Method


Near Field - Far Field (NF/FF) Method ...• Antenna Under Test pada Mode Radiasi.

• Amplituda medan, fasa, dan polarisasi diukur pada medan dekat, selanjutnya data medan dekat tersebut ditransformasikan ke pola medan jauh dengan teknik analisis matematis yang diimplementasikan pada software komputer

• Pada metoda ini, probe ukur bergerak pada bidang datar, silinder atau bidang bola.

• R.C. Johnson, H.A. Ecker, and J.S. Hollis, “Determination of far-field antenna

Pola medan jauh akan didapatkan dengan Fast Fourier Transform

• Lihat paper-paper berikut untuk mempelajari metoda NF/FF :, , , f f f

patterns from near-field measurements,” Proc. IEEE, vol. 61, No. 12, pp. 1668-1694, Dec. 1973.

• D.T. Paris, W.M. Leach, Jr., and E.B. Joy, “Basic theory of probe compensated near-field measurements,” IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. AP-26, No. 3, f , p g , , ,pp. 373-379, May 1978.

• E.B. Joy, W.M. Leach, Jr., G.P. Rodrigue, and D.T. Paris, “Applications of probe compensated near-field measurements,” IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. AP-26, No. 3, pp. 379 - 389, May 1978.


vol. AP 26, No. 3, pp. 379 389, May 1978.• A.D. Yaghjian, “An overview of near-field antenna measurements,” IEEE Trans. on

Antennas and Propagation, vol. AP-34, pp. 30-45, January 1986.

Pengukuran model diskalakan


Pengukuran model diskalakan• Pada pemakaian di kapal laut, kapal terbang, pesawat ruang angkasa yang besar

dan sebagainya, jika dilakukan pengukuran sesungguhnya maka struktur bisa t b hi t tid k bi di i d hk k d k t k disangat besar sehingga antena tidak bisa dipindahkan ke medan ukur untuk di

ukur. • Selain itu pemindahan akan menghilangkan atau mengganti keadaan

lingkungan yang berlainan dengan kondisi sebenarnya Untuk memenuhi syaratlingkungan yang berlainan dengan kondisi sebenarnya. Untuk memenuhi syarat teknis, maka biasanya dilakukan pengukuran setempat.

• Suatu teknik yang dapat dilakukan untuk melaksanakan pengukuran antena yang berhubungan dengan struktur yang sangat besar adalah dengan modelling y g g g y g g g gskala geometris. Pemakaian modelling ini bertujuan untuk :

(1) Dengan medan ukur yang kecil, dapat diakomodasikan pengukuran yang dapat direlasikan dengan struktur yang sangat besar

(2) Memungkinkan dilakukannya kontrol eksperimental terhadap pengukuran,

(3) Minimisasi biaya yang berhubungan dengan struktur yang sangat besar, dan studi parameter parameter eksperimental yang sesuai


dan studi parameter-parameter eksperimental yang sesuai

Modelling skala geometris dengan suatu faktor p yaitu p > 1 atau p < 1


Modelling skala geometris dengan suatu faktor p, yaitu p > 1 atau p < 1

Parameter yg diskalakan Parameter yg tetap

memerlukan skala berikut :

yg yg p

panjang L’ = L p

k /

permitivitas ε

biliwaktu t’ = t / p

panjang glb λ’ = λ / p

kapasitansi C’ = C / p

permeabilitas μ

kecepatan gelombang v

impedansi zkapasitansi C = C / p

daerah gema Ac’ = Ac / p

frekuensi f ’ = f p

impedansi z

gain G

frekuensi f f p

konduktivitas σ’ =σ p

D l kt k


Dalam praktek, sering dipakai p > 1 → σ’ ≈ tetap

D. Pengukuran Diagram Arah Medan dan Diagram Arah Fasa

Pengukuran diagram arah dilakukan pada suatu permukaan bolaPengukuran diagram arah dilakukan pada suatu permukaan bola dengan radius konstan. Sedemikian, bahwa diagram arah dapat kita duga adalah 3 dimensi. Namun akuisisi pola 3D adalah tidak praktis, sehingga potongan orthogonal diagram arah 2D lebih sering ditampilkan.

Pemancar : Frekuensi stabil dan dapat dikontrol, spektrum murni

Antena sumber / antena referensi :f < 1 GHz : Log periodik / dipole λ/2 f > 400 MHz : Parabola / Horn dengan bandwidth lebar

Sistem pengukuran diagram arah medan

(spurious dan harmonisa kecil)

dengan bandwidth lebarSistem penempatan dan pengarahan : berupa suatu penyangga yang dapat diputar

g

yang dapat diputar (azimuth dan elevasi), dikontrol, dengan indikator posisi

Sistem perekam dan pencatat, ada 2 macam : (1) Linear / orthogonal (dpt di-spread) , (2) Polar

Sistem penerima : bisa sederhana berupa


Sistem Pemroses Data berfungsi untuk komputasi

pdetektor langsung, atau cukup kompleks (heterodyne+PLL, dsb)


P d k di h• Pada pengukuran diagram arah, tiap titik ukur diidentifikasi sebagai ( θ,φ ) dalam koordinat bola dengan R dibuat konstan, sedangkan antena ditempatkan pada koordinat ( 0,0,0 )

• Pengukuran lengkap diagram arah meliputi pengukuran diagram arah medan listrik• Pengukuran lengkap diagram arah meliputi pengukuran diagram arah medan listrik dan medan magnet , serta masing-masing diagram fasanya.

( ) ( )Diagram arah medan Diagram arah fasa

( )( )( )φθ

φθ=φθ=

φ

θ

fH,fE,fE

2

1 ( )( )( )φθζ

φθ=ηφθ=δ

φ

θ

,g,g

2

1

( )( )φθ=

φθ=

φ

θ

,fH,fH

4

3 ( )( )φθ=γ

φθ=ζ

φ

θ

,g,g

4

3

• Diagram arah sesungguhnya 3D t t i dit ilk t 2D Bi• Diagram arah sesungguhnya 3D, tetapi ditampilkan potongan 2D. Biasanya akan dipilih 2 bidang saja yang mewakili untuk menyatakan E dan H dominan.Misal : • Pada φ konstan ( 0 ≤ φ ≤ 2π ) , dengan θ variabel ( 0 s/d π )

• Pada θ konstan ( 0 ≤ θ ≤ π ) dengan φ variabel ( 0 s/d π


• Pada θ konstan ( 0 ≤ θ ≤ π ) , dengan φ variabel ( 0 s/d π


• Pada pengukuran diagram fasa, ada 2 macam sistem dasar yaitu : (1) sistem dengan sinyal referensi yang didapat dari sumber melalui saluran transmisi, (2) sistem yang memakai referensi berupa sinyal yang diterima dari

d did k k di kantena yang tetap dan didekatkan antena yang diukur.

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

d j h Di k d i i i d dilih d h l b ikmedan jauh. Diagram kedua sistem ini dapat dilihat pada halaman berikutnya.

• Pengukuran diagram fasa dilakukan dengan memutar antena yang diukur, sedangkan antena yang tetap bertindak sebagai referensi. Rangkaian pengukur fasa d b b k i h d 2 k ldapat berbentuk sistem heterodyne 2 kanal.

Pengukuran diagram fasadiagram fasa


Diagram Sistem Peng k ran Fasa


antena yang diukur

Diagram Sistem Pengukuran Fasa

sumberprobe gerak

diukur(a) Medan

dekat

Rangkaian pengukur fasa referensi

yang diukur kabel fleksibel

Rangkaian pengukur fasa

referensiantena tetap

(b) Medan Jauh

sumber jauhantena yang diukur


alat putar

E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi

• Pengukuran gain, secara esensial membutuhkan persyaratan yang sama seperti pada pengukuran diagram arah, namun tidak terlalu sensitif terhadap pantulan dan

I. Pengukuran Gain

pada pengukuran diagram arah, namun tidak terlalu sensitif terhadap pantulan dan interferensi EM

• Untuk frekuensi di atas 1 GHz digunakan medan ukur ruang bebas ( free space range ), sedangkan untuk frekuensi antara 0,1 sampai 1 GHz digunakan medan ukur

fl k i ( d fl )refleksi ( ground reflection range ) • Pada frekuensi di bawah 0,1 GHz, dimensi antena menjadi sangat besar dan

umumnya gain langsung diukur pada tempat operasinya. Sedangkan untuk frekuensi di bawah 1 MHz (umumnya untuk groundwave) gain tidak biasa diukur dan yangdi bawah 1 MHz (umumnya untuk groundwave), gain tidak biasa diukur dan yang diukur adalah medan listrik yang dihasilkannya.

• Gain, direktivitas, dan efisiensi memiliki hubungan rumus yang sudah kita kenal :

asDirektivitGain eff ×η=


Metoda Pengukuran Gain


Metoda Pengukuran GainMetoda yang dipakai untuk mengukur gain antena ada beberapa macam, yaitu :

• Cara 2 antena

Metoda k

A. Pengukuran absolut • Cara 3 antena• Ekstrapolasi medan dekat

• Dibandingkan terhadap antena isotropis

pengukuran gain

B. Pengukuran banding / relatif

• Medan refleksi tanah• Digunakan untuk kalibrasi standar

g g• Perlu antena pembanding / referensi• Estimasi gain untuk antena referensi :

Dipole λ/2 G = 2,1 dB ( Polarisasi linear, kecuali jika ada pantulankecuali jika ada pantulan menyebabkan polarisasi eliptik)

Horn piramid 12 dB ≤ G ≤ 25 dB ( Polarisasi eliptik dengan axial ratio AR


eliptik dengan axial ratio ARantara ( 40 dB ≤AR ≤ ∞ )

Rangkaian kopling terkalibrasi R(a) Pengukuran gain


Coupler

Attenuator

Adaptor

Tuner TunerTuner

P l t

Adaptor

Tuner

P l t

(a) Pengukuran gain absolut frekuensi tunggal Jika BW <<

Attenuator

Tuner

Peralatanyang dites A

Titik ukur pancaran

Peralatanyang dites B

Titik ukurpenerimaan

Sumber Counterpenerimaan

Sinyal pengatur(b) Pengukuran gain

Sinyalfrekuensi

sapuCoupler Coupler

Sinyal pengaturAntena

pemancarAntena

penerima

(b) Pengukuran gain absolut frekuensi sapu Jika BW >>

Peredamvariabel

Peredampresisi

variabelSinyal pancar

referensiSinyal terimaReferensi frekuensi


referensiSistem

penerimaPerekam

X - Y

Metoda 2 Antena ( Two Antenna Method )


Metoda 2 Antena ( Two-Antenna Method )

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ λ

=4

GGWW2

RTTR

• Sering juga disebut sebagai metoda resiprositas ( reciprocity method )

⎞⎛

==⎠⎝ π

GGGr4

RT

RTTR• Prinsip dasar :

Membandingkan daya yang masuk ke antena Tx dengan daya yang diterima antena Rx dengan konsep Transmisi

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

λπ

=r4

WWG

T

Rantena Rx dengan konsep Transmisi Friis, setelah jarak antara kedua antena diketahui

• Antena yang digunakan adalah 2 buah• Antena yang digunakan adalah 2 buah antena identik, satu digunakan sebagai antena pemancar dan satu digunakan sebagai antena penerimag p

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

λπ

= R)dBi( W

Wlog10R4log2021G


⎦⎣ λ TW2

Metoda 3 Antena ( Three Antenna Method )


Metoda 3 Antena ( Three-Antenna Method )• Digunakan jika antena yang diukur

tidak identik⎤⎡ π WR4

Antena#1 ke Antena#2

• Prinsip dasar :Membandingkan 3 kombinasi daya yang masuk ke antena Tx dengan daya yang diterima antena Rx dengan

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

λπ

=+1T

2R21 W

Wlog10R4log20GG

Antena#1 ke Antena#3daya yang diterima antena Rx dengan konsep Transmisi Friis, setelah jarak antara kedua antena diketahui

• Diukur 3 kombinasi antena (1 2) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

λπ

=+ 3R31 W

Wlog10R4log20GG

Antena#1 ke Antena#3

• Diukur 3 kombinasi antena (1-2), (1-3), dan (2-3)

• Yang diukur adalah : jarak R, λ, dan perbandingan antara daya terima

⎦⎣ λ 1TW

⎤⎡ WR4Antena#2 ke Antena#3

perbandingan antara daya terima dengan daya kirim ⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡+

λπ

=+2T

3R32 W

Wlog10R4log20GG


Metoda 3 Antena ( Three-Antenna Method )

E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi( )

• Sehingga kita akan dapatkan kombinasi persamaan berikut :

)dBi(31

)dBi(21

BGG

AGG

=+

=+ 3 persamaan dengan 3 variabelyang tidak diketahui, dapat mudah diselesaikan :

)dBi(32

)dBi(31

CGG =+ ( )dBi2

CBAG1−+

=

( )dBi2

CBAG

2

2+−

=

( )dBi2

CBAG3++−

=


Metoda Medan Refleksi Tanah ( Ground Reflection Method )


Metoda Medan Refleksi Tanah ( Ground Reflection Method )• Adalah teknik pengukuran yg

dipakai untuk antena frekuensi 1 GH d b k k l b< 1 GHz dengan berkas agak lebar

• Memperhitungkan pengaruh refleksi bumi

• Dapat dipakai metoda 2 antena atau 3 antena

• Syarat :

Da Db

Syarat :Polarisasi horisontal, karena refleksi pada polarisasi horisontal sangat bervariasi. S hi t tik l kSehingga, antena vertikal akan diukur secara horisontal


• Metoda medan refleksi tanah hanya dipakai pada antena dengan polarisasi linier

E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensiy p p g p

dan untuk antena loop harus dilakukan modifikasi

• Pada medan refleksi tanah : diukur parameter-parameter daya derima, daya kirim, dan jarak untuk 2 keadaan, yaitu saat medan maksimum dan minimum, sehingga gain j , y , gg gakan dapat dihitung.

max minhr hr’

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

+−+π

=+ DrD rRDDlog20Wlog10R4log20GG

r rht ht’

Medan ⎟⎟⎠

⎜⎜⎝

+−+λ

=+R

bat

ba RDDlog20

Wlog10log20GG

( ) ⎟⎞

⎜⎛

⎟⎞⎜⎛ DD'R'D'DWR

maksimum

Medan ( )

⎟⎟⎟⎟

⎠⎜⎜⎜⎜

⎝+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛

−⎟⎠⎞⎜

⎝⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

'R'WWR

DD'R'D'D'WWR

'RR'RRr

Rr

R

baDbar

rD

DD

RRminimum


⎠⎝⎟⎠

⎜⎝ W R

rR

M d Ek l i M d D k


Metoda Ekstrapolasi Medan Dekat Metoda ekstrapolasi adalah metoda pengukuran gain absolut yang dapat dilaksanakan dengan metoda 3 antena dan dikembangkan untuk mereduksi kesalahan-kesalahan karena medan antena, lintasan ganda, dan karena ketidak-identikan antena. Metoda ini dapat pula mengukur polarisasi asal paling banyak hanya satu antena yang berpolarisasi sirkular.

Pada cara ekstrapolasi medan dekat : Antenna Under Test (AUT) berlaku sebagai pemancar dan probe ukur penerima ditempatkan sangat dekat dengan apertur antena pemancar (AUT).

Cara ini meng-asumsikan bahwa semua daya yang terpancar melalui apertur Ap. Sedangkan hasil ukur E(x,y) dapat diekstrapolasi untuk mneliti karakteristik medan jauhnya

Pada metoda ini, diperlukan pengukuran amplitudo dan fasa jika diinginkan gain dan polarisasi. Sedangkan jika hanya gain, maka cukup hanya amplitudo saja yang diukur.


Metoda Ekstrapolasi Medan Dekat...


1A4

Gain absolut thd isotropik diperoleh dari relasi BRACEWELL :

Metoda Ekstrapolasi Medan Dekat...

( ) ( )∫∫ ⎥

⎤⎢⎡⎥⎤

⎢⎡λ

π= 2

dxdyy,xEy,xE1

1Ap4G *( ) ( )∫∫ ⎥

⎦⎢⎣⎥⎦

⎢⎣Ap avav

dxdyEEAp

E(x y) medan listrik di koordinat (x y) pada aperturdengan E(x,y) = medan listrik di koordinat (x,y) pada aperturAp = apertur fisik AUT* = konjugat kompleks

dengan,

( )∫∫=Ap

av dxdyy,xEAp1E


Metoda Perbandingan Gain ( Gain comparison Method )


Metoda Perbandingan Gain ( Gain-comparison Method )• Sering juga disebut sebagai Gain Transfer Method

• Prinsip dasar :pMemerlukan antena referensi yang nilai gainnya sudah pasti diketahui

• Prosedur ini memerlukan 2 kali pengukuran. Pertama antena yang diukur ditempatkan sebagai penerima dengan polarisasi yang sesuai dan daya yang p g p g p y g y y gditerima dicatat. Kemudian antena referensi diukur juga dengan cara yang sama (polarisasi, orientasi, dan posisi)

• Maka gain absolut terhadap isotropik : g p p

[ ] [ ] [ ]dBreffWWlog10dBiGdBiG

REF

RXREFAUT ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

REF ⎠⎝WREF = daya terima antena referensi WRX = daya terima AUTG i t f i b l t t h d i t ik (dik t h i)


GREF = gain antena referensi absolut terhadap isotropik (diketahui)

II Pengukuran Direktivitas


II. Pengukuran Direktivitas• Direktivitas biasanya diperoleh dari perhitungan jika fungsi diagram arah diketahui

dan fungsi itu didekati dengan membuat kurva diagram arah atas dasar pengukuran. Dengan menghitung lebar berkas misalnya dengan komputer, maka pengarahan DDengan menghitung lebar berkas misalnya dengan komputer, maka pengarahan D dapat dihitung dari :

4D π ( )φθθ

φθ∫∫ ddi,f

Bdengan

BD = ( ) φθθ

φθ= ∫∫ ddsin

,fB

max

• Dari definisi,

dengan

,( )

( )max,f,fφθφθ

= fungsi intensitas radiasi ternormalisasi terhadap sudut ruang θdan φ ( daya per radian persegi )

maka, dapat diperoleh dari kuat medan listrik

( )∫∫ φθθφθ= ddsin,PB n ( )22

22

n EEEE

P φθ +=


∫∫ ( )max

22n EE φθ +Pn (θ,φ) adalah “ normalized power pattern “

Pengukuran Direktivitas...

E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan EfisiensiPengukuran Direktivitas...

• Untuk diingat kembali, jika f (θ,φ) diketahui, maka lebar berkas B akan dapat dihitung.

• Sedangkan untuk antena unidirectional dan D > 10, lebar berkas dapat didekati dari rumus :

11B φ×θ≈22

• Untuk polarisasi sirkular dan elliptis, maka pengukuran dilakukan 2 kali, sehingga :sehingga :

φθ += DDD dengan syarat pada polarisasi liniernya terdapat polarisasi silang < - 4 dB


III P k Efi i i


III. Pengukuran Efisiensi• Efisiensi biasanya dihitung setelah gain G dan direktivitas D didapat dari hasil

pengukuran yang sudah dilakukan. Efisiensi dinyatakan oleh rumus berikut : p g y g y

DG

eff =ηD

• Untuk antena sederhana, efisiensi didapat dari perhitungan :

A

reff R

R=η Rr tahanan pancar (dari perhitungan)

RA impedansi antena / terminasi (dari pengukuran)

• Untuk antena terpasang, rugi-rugi termasuk rugi-rugi oleh keadaan sekeliling


F. Pengukuran Impedansi, SWR, Bandwidth, & Distribusi Arus

I. Pengukuran Impedansi ( dan SWR )Pengukuran Impedansi dapat harus tetap memenuhi syarat bahwa antena bebas dari pengaruh sekitarnya (ingat konsep impedansi gandeng) sedemikian alat

(1) Dari pengukuran SWR / Koefisien Refleksi

bebas dari pengaruh sekitarnya (ingat konsep impedansi gandeng) sedemikian, alat ukur pada pengukuran langsung akan memiliki jarak terhadap antena yang diukur.

Impedansi dapat diukur dengan 2 macam cara, yaitu :

( ) p gserta jarak minimum pertama

ca a, ya u :(2) Pengukuran langsung dengan menggunakan

jembatan atau dengan Network Analyzer ( Umumnnya akan lebih presisi )



(1) Pengukuran Impedansi ( M l l i P k SWR / K fi i R fl k i )(1) Pengukuran Impedansi ( Melalui Pengukuran SWR / Koefisien Refleksi )

Impedansi antena dihitung dari koefisien refleksi yang terukur pada terminal antena. Di bawah ini adalah kaitan beberapa pengukuran dengan pengukuran impedansi p p g g p g p

VUkur : V

Pengukuran Standing Wave Ratio

min

max

VV

SWR =• Vmax• Vmin• Fasa koefisien pantul

1SWR −=ΓΓ+1

Koefisien PantulImpedansi Antena

1SWR +=Γ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −λ

×=θΓ 41d720 vm0

Γθ∠Γ=ΓΓ−Γ+

=11ZZ 0A


⎠⎝ λ 4

Sensor koefisien refleksi dapat berupa Slotted Coax Line atau berupa Directional


Sensor koefisien refleksi dapat berupa Slotted Coax Line atau berupa Directional Coupler. Sedangkan pengukuran koefisien refleksi dihitung dari distribusi tegangan yang diukur sepanjang perangkat tersebut(1) Slotted Coax Line (2) Directional Coupler(1) Slotted Coax Line

• Instrumen sederhana dan murah• Ada bocoran medan pada celah• Tidak praktis untuk frekuensi sapu

(2) Directional Coupler• Praktis untuk frekuensi sapu• Tidak ada bocoran medan pada celah• Perlu instrumen yang rumit dan mahalp p

groundplane

coaxial line to voltage probe

sliding carriage

Slotted coax line Directional Coupler

inner conductor outputoutput utk VL

(wave to left)

air

sliding carriage inner conductor

R1

connectorL

(wave to left)

monopole

)short(Vmin2

λ)short(Vmin

R1

outputL

sumber

t t tk V

TE3423 - Antena dan Propagasi - Pengukuran Antena 40minVx

)antena(Vmin

connectoroutput utk VR

(wave to right)


Pada slotted coax line, pengukuran dilakukan 2 kali :• Ketika antena dilepas, dibuat short circuit pada terminal beban sehingga

dapat dicari 2 posisi tegangan minimum ( V i (short) )yang berurutan.dapat dicari 2 posisi tegangan minimum ( Vmin (short) )yang berurutan. Jarak antara kedua posisi tegangan minimum yang berurutan adalah ½λ

• Ketika antena dipasang, dapat dicari posisi tegangan minimum Vmin(ant) di dalam slotted line maka :dalam slotted line , maka :

xvm = Selisih jarak antara Vmin(ant) I dgn Vmin(short) Iddan

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −λ

×=θΓ 41x720 vm0

λ = panjang gelombang di dalam slotted line⎠⎝ λ 4 λ panjang gelombang di dalam slotted line

fck

fv==λ dengan k = velocity factor


(2) Pengukuran Impedansi ( Cara Langsung )


Pengukuran Impedansi harus tetap memenuhi syarat bahwa antena bebas dari pengaruh sekitarnya, sehingga pengukuran impedansi harus dua kali , yaitu

(2) Pengukuran Impedansi ( Cara Langsung )

• Pengukuran impedansi antena bersama-sama dengan saluran transmisi, ZA+K• Pengukuran saluran transmisi saja yang dihubung singkat , ZKS

H di h tik j j l b d l l t i i UHarus diperhatikan juga panjang gelombang dalam saluran transmisi. Umumnya kecepatan gelombang dalam saluran transmisi , v ≠ c.

Sehingga, cvfck

fv==λ

k = velocity factor


L(1)Pengukuran Impedansi

Cara Langsung

Z Z Z = 0Zin = ZKSZ 0

L(2)Z = 0

Zin = ZA+KZA

Dengan memutar inpedansi ZA+K pada lingkaran SWR yang t t l l i d t d

L

tetap melalui sudut dan arah yang sama dengan pemutaran ZKS, maka akan didapat impedansi

SWR = KZA ZA+K

ZKS


p pantena, ZA

L

Pengukuran Langsung Untuk Saluran Meredam

Untuk saluran meredam, impedansi antena didapat dengan memperhatikan bah a :

Z = 0l1

r1

r2

memperhatikan bahwa :

2

2

1

1

rl

rl=

l1

l2

2 21 rrSedangkan konstanta redaman dapat pula dicari dari hubungan :

L SWR = Kdicari dari hubungan :

1'K1'K

0 +−

=Γ

SWR = K’ZA ZA+KZKS

L20

L20

e1e1

K α−

α−

Γ−

Γ+=

TE3423 - Antena dan Propagasi - Pengukuran Antena 44L

0 e1 Γ

II Pengukuran Bandwidth


II. Pengukuran Bandwidth• Pengukuran bandwidth

dilakukan dengan sebelumnya melakukan pengukuran SWR pada range frekuensi tertentu dengan menggunakan Sweep yDCGenerator dan Osiloskop Lissajous

• Bandwidth ditentukan

sweep generator x

y

osiloskop• Bandwidth ditentukan

berdasarkan batas maksimum VSWR yang sudah terdefinisi ( 1 1 ; 1 2 ; 1 35 ; atau 1 5 )

VSWR

1,1 BW1,1 ; 1,2 ; 1,35 ; atau 1,5 )

f

1,1

f f


fL fH

III Pengukuran Distribusi Arus


III. Pengukuran Distribusi Arus• Pengukuran distribusi arus kadang-

kadang dilakukan untuk meramalkan /kadang dilakukan untuk meramalkan / menghitung E, H, diagram arah, distribusi pada medan jauh maupun medan dekat

• Untuk antena tertentu, kadang-kadang

Antena

U u a e a e e u, ada g ada gdistribusi arusnya sulit diperkirakan, sehingga harus diukur.

• Ada beberapa teknik pengukuran yang dapat p p g y g pdipakai : salah satu cara yang sederhana adalah dipakai loop kecil untuk mencuplik arus dengan menempatkan loop tersebut didekat radiator (antena)didekat radiator (antena)

• Syarat :- Jarak sensor / loop ke konduktor harus tetap

K d k d l h k t k i l i


- Kadang-kadang perlu choke untuk isolasi

G. Pengukuran Polarisasi Antena

• Polarisasi didefinisikan sebagaiθ = 0o • Polarisasi didefinisikan sebagai “ Kurva yang dijejaki oleh kuat medan listrik sesaat yang dipancarkan oleh antena pada frekuensi tertentu pada

ra

φaθ

p f pbidang tegak lurus arah radial “, seperti ditunjukkan gambar di samping !

• Polarisasi biasanya berbentuk ellips dan

lokasi antena

φ

φ= 90oθ= 90o

φaθa

y ppada sistem koordinat bola dibentuk oleh komponen medan listrik di arah θ dan φ( Eθ dan Eφ)

φθ= 90o

φ= 0o

• Umumnya karakteristik polarisasi antena ditentukan oleh : (1) Perbandingan sumbu (axial ratio : AR), (2) Arah putar( CW atau CCW ) (3) Right Hand (RH)

Arah propagasi( CW atau CCW ) , (3) Right Hand (RH) atau Left Hand (LH), dan (4) Sudut condong (tilt angle = τ)

Right hand / t k

Left hand /


putar kanan putar kiri

H di h tik b h l i i t k tid k


• Harus diperhatikan, bahwa umumnya polarisasi antena akan tidak sama untuk arah yang berbeda. Sedemikian, polarisasi akan tergantung pada sudut pengamatan.

• Metode pengukuran polarisasi dikategorikan atas 3 macam metode :

- Metode parsial :Sederhana, tetapi tidak memberikan informasi lengkap dan peralatan yang dibutuhkan cukup

- Metode perbandingan:

g p p y g pkonvensional

Memberikan informasi lengkap dan membutuhkan standar polarisasi

- Metode absolut: Memberikan informasi lengkap dan tidak membutuhkan standar polarisasi

• Metode yang dipilih dalam mengukur polarisasi tergantung kepada : macam antena yang diukur, ketelitian yang disyaratkan, waktu , dan dana yang tersedia.


y g

• Salah satu metoda parsial yang cukup

G. Pengukuran Polarisasi Antena• Salah satu metoda parsial yang cukup

populer adalah Polarization-Pattern Method yang menghasilkan parameter polarisasi ellips ( axial ratio dan tilt angle )

• Pada metode ini, AUT dapat berada pada receiving mode atau transmitting mode. Sedangkan probe harus terpolarisasi linear (misalnya : dipole) dan pola pancarnya

( Polarization pattern method )( y p ) p p ysudah diketahui dengan baik.

• Arah radiasi dispesifikasikan oleh sudut ( θ dan φ )

• Sinyal pada output probe tergantung dari 2 faktor, yaitu : (1) Polarisasi antena , dan (2) Sudut rotasi probe. ( Axial ratio pattern method )

• Level sinyal diukur dan direkam, versussudut rotasi. Sehingga pola polarisasi didapatkan dengan memperhatikan arah radiasi. Axial ratio pattern method termasuk


psalahsatu dari metoda parsial.

• Polarisasi Linear


Misalkan probe terpolarisasi linear sepanjang sumbu-z, dan radiasi antena diasumsikan pada

• Polarisasi Linear

sumbu-z’, maka hasil pengukuran pada gambar disamping ini memperlihatkan bahwa AUT terpolarisasi linear

Polarization-pattern methodtidak memberikan informasi


mengenai arah rotasi

• Polarisasi Sirkular

G. Pengukuran Polarisasi AntenaPolarisasi Sirkular

• Polarisasi Elliptik

Contoh hasil pengukuran polarisasi. G b j kk l i i


Gambar menunjukkan polarisasi mendekati polarisasi sirkular

H. Pengukuran Temperatur Antena• Temperatur antena menyatakan daya derau yang diterima antena yaitu :• Temperatur antena menyatakan daya derau yang diterima antena, yaitu :

nA

WT =Dimana, TA Temperatur antena , ( oK )W Daya derau yg diperoleh dari terminal antena penerima

NA Bk

T Wn Daya derau yg diperoleh dari terminal antena penerimak Konstanta Boltzman, ( 1,38.10-23 Joule / oK )B Lebar bidang frekuensi sistem

• Karena d dit i t b t k d h t k d• Karena derau yang diterima antena bergantung kepada arah antena, maka pada pengukuran temperatur antena lobe utama diarahkan kepada arah / zenith yang “kosong” atau sumber derau yang besar (mis. matahari, pusat galaksi, dll ) tidak terletak pada lobe utama antenap


Metoda pengukuran dapat dilihat sebagai berikut Disini digunakan

H. Pengukuran Temperatur Antena

Metoda pengukuran dapat dilihat sebagai berikut. Disini digunakan generator derau sebagai pembanding. Pembacaan indikator dibuat sama, dalam keadaan penerima terhubung ke antena dan ke generator derau. Yaitu saklar S pada posisi 1 dan 2, sehingga : Temperatur antena = Temperatur generator derau

AntenaPenerima

dIndikator

d d1

adjustable

gg p p g

Adjustable Noise Generator

Generator derau

derau rendah

daya derau2adjustable

Treff

Adjustable Noise Generator

BebanPeredam

L variabel(N)

(He)o

os

80

K4T

=

= reffTOutput

K290TB o

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+=

L11T

LTT 0

sreff Nreffreff BTkN =

K290T,B o0N =


⎠⎝

Jika, 1 < L < ∞, maka 0reffs TTT <<

TE3423 6 PengukuranAntena - Telkom...

Documents

Transcript of TE3423 6 PengukuranAntena - Telkom...