Post on 27-Oct-2015
description
Modul 5TE 3253a Sistem Antena
Macam - Macam AntenaOleh :
Nachwan Mufti Adriansyah, ST
Revisi September 2001
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 2
Modul 5 Macam-Macam Antena • A. Pendahuluan page 3
• 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 31
• G. Antena2 Aplikatif page 59
• H. Exotic Antenna page 68
• Motto page 71
Organisasi
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 3
A. Pendahuluan Sekapur Sirih ...Seperti yang sudah dibicarakan pada bagian sebelumnya, dimensi antena paling kecil harus mendekati panjang gelombang supaya menjadi radiator yang efisien. Bahkan untuk mendapatkan gain yang tinggi, dimensi antena harus jauh lebih besar dari panjang gelombang.
Menaikkan gain suatu antena selalu disertai dengan penurunan lebar dan luas berkas, sehingga antena dengan gain yang tinggi memerlukan pemasangan dan penempatan yang sangat teliti agar benar-benar menunjuk pada sasaran yang diinginkan. Sebagai contoh : Antena dengan gain sebesar 60 dB lebar berkasnya sekitar 0,2o sehingga kesalahan penempatan sebesar 0,1o dari sumbu utama akan menurunkan penerimaan sebesar 30 dB.
Dari besarnya gain, antena digolongkan menjadi antena dengan gain rendah (sampai 10dB) , gain sedang (10 sampai 20 dB) , dan gain tinggi ( lebih dari 20 dB). Namun demikian, harus dicatat pula bahwa 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, helix nomal mode, whip, dan antena linier lainnya. Sedangkan pada VHF banyak dipakai yagi, antena kawat, corner, dll. Pada UHF dan SHF (300 - 30000 MHz) banyak dipakai antena paraboloid, corong, slot, antena lensa, dan kadang-kadang helix, yagi, dan lain-lain.
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 4
Selain itu, ada antena yang tidak jelas nampak sebagai antena pemancar atau harus tersembunyi atau disebut sebagai antena samar ( disquised antenna ). Antena tersebut harus menyesuaikan dengan keadaan sekitarnya seperti pada kapal terbang, kereta api, atau pada keadaan lingkungan yang berat.
Untuk antena semacam ini, biasanga yang menjadi persoalan adalah penyesuaian impedansi karena umumnya impedansi antena akan jauh berbeda dengan impedansi karakteristik saluran transmisi jika dipakai transformator konvensional.
Kerugian lain yang diderita adalah diagram arah yang seringkali jauh dari yang diharapkan sehingga harus dicarikan kompromi-kompromi lain yang lebih ketat kendalanya.
Pendahuluan
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 5
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.
Pilihan antena yang digunakan didasarkan kepada :
• Jenis komunikasi yang dilakukan
• Keterbatasan kelas penguat
Broadcast / siaran , pilih antena dengan tipikal pancaran Broadside Point to point communication, pilih antena dengan tipikal pancaran Endfire
Berkaitan dengan Gain antena yang direncanakan
• Lebar informasi yang dikirimkan ( Narrowband / broadband ) Berkaitan 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
sel trisektoral membutuhkan antena dengan beamwidth 120o.
Modul Va Macam-Macam Antena 6
Pendahuluan
Dalam memilih dan mendesain antena, kita selalu dihadapkan oleh batasan-batasan yang didapat dari sistem komunikasi yang direncanakan .
Sebagai contoh : Jika misalkan kita diharuskan mendesain antena untuk komunikasi selular GSM, terlebih 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 seberapa 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 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 menjadi tidak sederhana
Mari kita ulangi sekali lagi...
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 7
B. Antena Linear dan Turunannya
Antena linear biasanya terbuat dari kawat atau batang konduktor tipis dan terbagi menjadi 2 macam : (a) Antena Resonan atau disebut juga sebagai Antena Gelombang Berdiri , (b) Antena Non Resonan atau Antena Gelombang Berjalan
B.1. Antena Gelombang Berdiri / Antena Resonan
2
4
3 4
5
2
3 2
8
Antena Linear dan Turunannya
dzZ
L
s
r
Pencatuan ditengah dengan :
c
rtj
00 eII
Distribusi arus sinusoidal, dengan :
z2
L2sinII 0
0zjika"" 0zjika""
Sehingga, distribusi medan di tempat jauh,
sin2L
coscos2L
cos
r
I60jE 0
dan
sin
2L
coscos2L
cos
r2
IjH 0
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 9
Antena Linear dan Turunannya
sin
cos2
cosE
sin
1coscosE
sin
cos2
3cos
E
2
1L
L
2
3L
2
1L
o78
L
o47
2
3L
-+
+
+
-
-Pelajari konsep Tahanan Pancar kembali !!
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 10
B.2. Antena Gelombang Berjalan
Antena Linear dan Turunannya
Antena gelombang berjalan (travelling wave antenna) terdiri dari kawat tunggal yang diterminasi dengan impedansi karakteristiknya
Contoh antena gelombang berjalan :
(a) kawat tunggal diterminasi
glbglb
(b) Rhombic diterminasi
(c) Helical panjang (d) Linear panjang tebal
Keempat antena disamping merupakan pendekatan untuk memberikan gelombang berjalan Uniform Tunggal
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 11
Antena Linear dan Turunannya
0 b z
1r2rr
z,,P
Konduktor
Arah gelombangdz
0 b z
1r2rr
z,,P
Konduktor
Arah gelombangdz
Pada suatu konduktor antena gelombang berjalan di samping, gelombang berarah menuju sumbu z
Pola pancar antena, Pola pancar antena dipengaruhi p dan b
dimana, p = kecepatan fasa pada
konduktor, umum disebut sebagai faktor kecepatan
cvp
b = Dimensi konduktor
cos1pc2
bsin
cosp1
sin
r2
pIH
1
0
cos1
pc2
b
c
rt
HE idan
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 12
Antena Linear dan Turunannya
o60
o25
o58
o31o68
p = 1.0 p = 0.8 p = 1.0
2b
5b
Arah gelombang
Pola pancar antena gelombang berjalan untuk beberapa nilai panjang b, dan faktor kecepatan fasa p
Modul Va Macam-Macam Antena 13
C. Antena Loop dan Helix C.1. Antena Loop
x
r
y
z
P
a
Radius loop : a
The Loop pattern has
exactly the same shape as
that of a Hertzian Dipole,
where the electric and
magnetic fields are
interchanged.
Pada loop kecil sirkular : Jari-jari a <<
Analisis dengan 2 macam cara
(1) Dipandang sebagai Loop persegi
(2) Diekivalensikan sebagai Dipole Magnetik Pendek
Lihat masing-masing penurunan pada Diktat P Heroe hal V-5 !!, didapatkan hasil yang sama :
2
2 A
r
sinI120E
2aA a = jari-jari loop
2
A
r
sinIH
crtj
0eII
“ Uniform Loop”
14
Antena Loop dan Helix • Rumus-Rumus Untuk Loop Sirkular Arus Uniform
BesaranUmum Loop kecil Loop besar
Ukuran sembarang
r
sinCJCI60 1
120
E
C2
0
22 dyyJC60
C2
0 2
max
21
dy)y(J
sinCJC2
2
2 A
r
sinI120
120
E
42
2C197
A31200
2
3
sama dengan umum
sama dengan umum
C592a
3720
C68,0a
25,4
E
H
rR
D
a2
C
d4C ( utk loop persegi )
1xuntuk2
x)x(J1 Fungsi Bessel Orde 1
...
31680
x
1080
x
56
x
5
x1
3
xdy)y(J
86423x2
0
2
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 15
• Aplikasi Antena Loop
1. Tidak cocok untuk transmitter (karena tahanan radiasi sangat
kecil), tetapi mudah untuk dibuat dan sering digunakan untuk :
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 dengan dipole):
xy
z
x
y
- +
Dipole
Loop
Resultant Pattern
Antena Loop dan Helix
16
C.2. Helical AntennaAntena Helix ditemukan
oleh John Krauss tahun
1946
Operational Modes
Normal Mode Radiation
Axial Mode Radiation
Antena Loop dan Helix
• Mode radiasi pada helix ada 2 macam :
3
1C
3
4C
3
4
• Macam-Macam antena helix :
TaperedUniform
Variable Pitch Envelope
Variable Thickness
UnbalanceBalance
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 17
x
z
Diameter D
Turn spacing S
C = Circumference
Pitch Angle
Ground Plane > /2
Number of turns N
Antena Loop dan Helix
• Dimensi-Dimensi pada helix :
C = .D = kelililing lingkaran
S = Spasi / pitch
N = Jumlah lilitan
L = NS = Panjang helix
LD =
= Panjang satu lilitan
LN = NLD = panjang kawat
= Pitch angle =
C =
22 CS
CStan 1
D
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 18
• Normal Mode Radiation
Entire Helix Length L
Normal Mode Radiation (broadside) terjadi jika :
D << atau , LN <<
Antena helix dapat dipandang sebagai
susunan loop sejumlah N loop
Antena Loop dan Helix
x
z
Diameter D
y
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 19
• Distribusi Medan Mode Normal
Antena Loop dan Helix
S
r
sinI60jE
2
2 A
r
sinI120E
dengan,
4
DA
2
Polarisasi Eliptis
2C
S2
A2
S
E
EAR
RatioAxial
Polarisasi Sirkular
1AR
D
S2C
2
D
2
Ctan
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 20
• Axial Mode Radiation preferred mode
x
z
y
Circumference C
Axial Mode Radiation (endfire) terjadi jika :
3/4 < C/ < 4/3
1. Narrow Mainbeam dengan minor sidelobes
2. Polarisasi sirkular (orientation helix orientation)
3. Bandwidth lebar dibandingkan mode normal
4. Tanpa kopling antar elemen
5. Dapat disusun dengan helix lainnya untuk meningkatkan gain
6. Perancangan tidak kritis
Antena Loop dan Helix
Sifat-sifat mode axial
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 21
• Parameter of Axial Mode Radiation
Antena Loop dan Helix
cos
2sin
2Nsin
N2sinE dengan
N2
1)cos1(S2
NSC
52HPBW
o
NSC12 2D
C140TR
C
150TR
N2
1N2AR
( Axial Feed )( Periferal Feed )
dan
NSC
115FNBW
o
Nachwan Mufti A Modul Va Macam-Macam Antena 22
• Aplikasi
1. High gain, large bandwidth, simplicity, circular polarisation in AXIAL
MODE:
Space Communication (200-300MHz)
2. Arrays of Helixes with higher gain (they hardly couple!)
Antena Loop dan Helix