EE3253a 5 Macam-MacamAntena 8 Final

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


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.


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


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...


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



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 !!


B.2. Antena Gelombang Berjalan


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



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



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


• 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


• Mode radiasi pada helix ada 2 macam :

3

1C

3

4C

3

4

• Macam-Macam antena helix :

TaperedUniform

Variable Pitch Envelope

Variable Thickness

UnbalanceBalance


x

z

Diameter D

Turn spacing S

C = Circumference

Pitch Angle

Ground Plane > /2

Number of turns N


• 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


• 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


x

z

Diameter D

y


• Distribusi Medan Mode Normal


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


• 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


Sifat-sifat mode axial


• Parameter of Axial Mode Radiation


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


• 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!)


Documents

EE3253a 5 Macam-MacamAntena 8 Final