ttg3d3a 2 konsepdasarantena 2015 filettg3d3 ttg3d3 antena antena ddaann propagasipropagasi konsep...
TRANSCRIPT
Modul#2 Modul#2 TTG3D3 TTG3D3 AntenaAntena dandan PropagasiPropagasi
Konsep Dasar Antena Konsep Dasar Antena
Oleh :Nachwan Mufti Adriansyah, ST, MT
1Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Modul 2 Konsep Dasar Antena
• Konsep Antena sbg Sumber Titik
• Teorema Resiprositas Carson
• Teorema daya dan intensitas radio
• Karakteristik antena pemancar
• Konsep Apertur Antena• Konsep Apertur Antena
• Rumus transmisi Friis
• Polarisasi
• Temperatur antena
• Kesimpulan modul 2
PendahuluanPendahuluan
-Definisi antena -Definisi antena
-Konsep antena sbg sumber titik
-Teorema resiprositas Carson
3Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
DefinisiDefinisi AntenaAntena
Webster ‘s dictionary: “a usually metallic device (as rod
or wire) for radiating or receiving radio waves”
IEEE Std 145-1983: “a means for radiating or receiving
radio waves”
Antena = Alat pelepas dan penerima gelombang
energi elektromagnetik
4
energi elektromagnetik
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Konsep Antena sbg Sumber Titik
1. Konsep sumber titik: untuk analisis daya terima pada medan jauh(tempat yang jauh)
2. Antena dianggap sebagai sumber titik karena dimensi antena <<jarak antena pengirim dengan titik observasi di medan jauh
Syarat antena sebagai sumber titik
Medan jauh transversal (Medan
z
Medan jauh transversal (Medan
magnet ⊥ medan magnet)
Rapat daya P (arus daya) yang
menembus bidang bola observasi
mengarah radial keluar semuanya
Dengan ekstrapolasi, semua rapat
daya berasal dari volume yang
sangat kecil atau titik O, tidak
bergantung pada dimensi fisik
antena
y
x
O
r sin θ.dφ
r.dθ
dS = r 2 sin θ.dθ.dφ
rP
5 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Definisi sumber titik,
Sumber titik adalah titik potong semua rapat daya di
tempat jauh
Untuk mengetahui distribusi medan/daya di tempat jauh,
maka dilakukan pengukuran pada pada jarak R konstan.
Sumber titik berlaku untuk medan jauh, dengan
persyaratan :
R>>λ, R>>d, dan R>>b
MO b
R
(a) sumber titik berimpit
Antena m em enuhi volum edengan jari-jari b
Pengukuran,
M
O b
R
d
(a) sumber titik berimpit dengan pusat bola M
(b) sumber titik berjarak terhadap pusat bola M
Pengukuran,
Pengukuran medan dan rapat daya, pengukuran pada
bola dengan R konstan, dengan titik pusat bola
observasi berimpit pada “sumber titik “, dapat dilakukan
pada satu titik ukur, tetapi antenanya yang diputar satu
lingkaran penuh
Untuk polarisasi eliptik, perlu diukur komponennya
(amplitudo dan fasa).
Pengukuran fasa perlu M berimpit O, untuk menghindari
beda fasa relatif.
6 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
TeoremaTeorema DayaDaya dandan
IntensitasIntensitas RadioRadio
7Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Teorema Daya dan Intensitas Radio
z
y
O
r.dθ
rP
Konsep Daya Antena
Isotropis
• Antena isotropis hanya ada secara hipothetical (teoritis)
• Pada dasarnya semua antena tidak ada yang
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA8
x
O
r sin θ.dφ
dS = r 2 sin θ.dθ.dφ
• Antena, sumber dianggap titik dan ditempatkan di O
• rP
radial keluar pada setiap titik bola
• dSPr⊥ atau Sd//Pr
antena tidak ada yang memiliki pancaran sama kesegala arah (unisotropic)
Asumsi dasar
Jika medium antar antena (bola): tidak meredam, tidak menyerap
daya, berdasarkan hukum kekekalan energi, maka :
Daya yang dipancarkan sumber = Daya total yang menembus bola
z
Teorema Daya dan Intensitas Radio…
Wr
S
P d S∫ i
∫ ∫∫π π
==0
2
0
r
S
r dS.PSd.PW
dimana,Pr = rapat daya pada boladS = elemen luas = r2.sinθ.dθ.dφW = daya yang dipancarkan antena
z
y
x
O
r sin θ.dφ
r.dθ
dS = r 2 sin θ.dθ.dφ
rP
9 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
r
0
2
0
22
r
S
ri P.r4d.d.sin.r.PSd.PW ∫ ∫∫π π
π=φθθ==
Sehingga,
Teorema Daya dan Intensitas Radio…
Jika O sumber isotropis, maka Pr (rapat daya) akan konstan
untuk r konstan
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA10
0 0S
Maka,
24r
WP
rπ=
rapat daya berbanding terbalik dengan r2
Definisi: Intensitas Radiasi = daya per satuan sudut ruang
π==
4Wr.PU 2
r
Intensitas Radiasi
∫ ∫∫π π
==0
2
0
r
S
r dS.PSd.PW
1 rad2 = 57,3o x 57,3o = 3283,3 deg2
4ππππrad2 = 4ππππ x 57,3o x 57,3o = 41253 deg2
∫ ∫∫ ∫π ππ π
Ω=φθθ=0
2
00
2
0
d.Ud.d.sin.UW
dimana, dΩ = sinθ.dθ.dφ
24r
WP
rπ=
0 0S
11 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
2 2
0 0 0 0
. sin . . .i
W U d d U d
π π π π
θ θ ϕ= = Ω∫ ∫ ∫ ∫
Daya yang dipancarkan antena isotropik (sumber titik):
Dari ekspresi diatas, dapat disimpulkan bahwa…
Intensitas Radiasi …
2
2
0 0
. . .sin . .i r r
S
W P dS P r d d
π π
θ θ ϕ= =∫ ∫ ∫
Dari tinjauan Intensitas Radiasi Dari tinjauan Rapat Daya
Daya yang dipancarkan antena isotropik (sumber titik):
= integrasi intensitas radiasi untuk seluruh sudut ruang 4π
= integrasi rapat daya utk seluruh luas kulit bola
Untuk ISOTROPIS : W = 4ππππ.Uo [ Uo dalam Watt / radian2 ]
: W = 41253.Uo [ Uo dalam Watt / deg2 ]Antena Sembarang : Uo = U rata2 ( time average )
12 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
KarakteristikKarakteristik AntenaAntena
13Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Membuktikan:Karakteristik antena sebagai pemancar juga berlaku padaantena sebagai penerima.
Asumsi dasar
∼
BIAVAI
(a) (b)
Teorema Resiprositas Carson
Karakteristik antena pemancar = Karakteristik antena penerima
∼ ∼
∼ ∼
BV
AV
VZ
1I
1Z 2Z BI
3Z
IZIZ
AI 1Z 2Z
3Z
2I
BV
Jika, transmisi energi antara antena
A dan B yang melalui medium
homogen, isotropis, linear, dan pasif,
dapat dimodelkan sebagai
Rangkaian-T
Antena A dan B sama,
fungsinya dipertukarkan
sebagai pengirim dan
penerima.
14 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
AV ZZ = sebagai syarat, misalkan 0ZZ AV ==
Dari gambar (a) :
)]Z//Z(Z[
VI
321
A1
+=
)ZZZZZZ(
ZV
ZZ
Z.II
133221
3A
21
31B
++=
+=
Dari gambar (b) :
Teorema Carson menyatakan bahwa,
Untuk medium transmisi yang homogen dan isotropis,
“Jika suatu tegangan dipasangkan pada
Bukti Teorema Carson
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Dari gambar (b) :
)]Z//Z(Z[
VI
321
B2
+=
)ZZZZZZ(
ZV
ZZ
Z.II
133221
3B
21
32A
++=
+=
Jadi jika BA VV = , maka BA II =
dipasangkan pada terminal suatu antena A,
maka arus yang sama ( amplitudo dan fasa ) akan diperoleh pada
terminal A seandainya tegangan yang sama
dipasangkan pada terminal B “
!!
15
Karakteristik Antena Pemancar
Karakteristik antena :
1. Diagram arah
2. Diagram fasa
3. Direktifitas
4. Gain
5. Lebar berkas
Dapat dianalisis
secara teoritik
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
antena :⊕
6. Impedansi antena
7. Bandwidth (lebarpita)
8. Temperatur antena
9. Polarisasi antena
Pada
umumnya
diukur
16
Diagram arah menunjukkan karakteristik pancaran antena ke berbagai arah (pattern), pada r konstan, jauh, sebagai fungsi θθθθ dan φφφφ
Menurut besaran
Diagram arah Medan (listrik, magnet)
Diagram arah Daya ( P, U )
Karakteristik #1: Diagram Arah
17
Macam-macam
diagram arah
Menurut skala
Diagram arah Daya ( P, U )
Diagram arah Fasa
Diagram arah absolut (dalam besarannya)
Diagram arah relatif ( terhadap refrensi )
Diagram arah normal (referensi max = 1 = 0 dB)
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Em φ = 0 Um
Eθ U
θ = 0 θ = 0
1
θ = 0
0 dB-3 dB
B
Diagram arah sebenarnya 3 dimensi, tetapi biasa digambarkan sebagai 2 dimensi, yaitu 2 penampangnya saja yang saling tegaklurus berpotongan
pada poros mainlobe
Diagram Arah …
Modul 2
KONSE
P
18
Diagram arah absolutDiagram arah relatif
Diagram arah normal
Main lobe = major lobe, lobe utama ; daerah pancaran terbesar
Side lobe = minor lobe, lobe sisi ; daerah pancaran sampingan
Back lobe = lobe belakang ; daerah pancaran belakang
BEAMWIDTH = Lebar berkas ; Sudut yang dibatasi ½ daya atau 3
dB atau 0,701 medan maksimum pada Mainlobe
FBR = Front to Back Ratio = Main lobe / Back lobe
Berbagai istilah dalam diagram arah
Diagram Arah …
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA19
b. Plot linear pola daya radiasi
Sumber : Balanis, A Constantin,” Antenna Theory, Analysis and Design”,
Harper & Row Publisher, 1982 (halaman 21
a. Lobe-lobe radiasi antena
(pola pancar 3 dimensi)
Seperti juga pada diagram arah, dapat diambil penampang
diagram fasa 3-dimensi , ataupun plot linearnya
Karakteristik #2: Diagram Fasa
Untuk bentuk periodik dengan frekuensi tertentu, medan jauh diketahui selengkapnya jika diketahui :
• Amplitudo Eθ sebagai fungsi dari r, θ, φ
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA20
• Amplitudo Eθ sebagai fungsi dari r, θ, φ• Amplitudo Hφ sebagai fungsi dari r, θ, φ• Beda fasa δ antara Eθ dan Hφ sebagai fungsi dari θ, φ, dengan
r konstan• Beda fasa η antara Eθ dan Hφ terhadap harganya pada titik
referensi, sebagai fungsi dari θ, φ, dengan r konstan
Merepresentasikan ‘pengarahan’ antena, semakin besar
direktivitas dapat diartikan bahwa lebar berkasnya semakin
sempit
Definisi:
rataRataRadiasiIntensitas
MaksimumRadiasiIntensitas
Uo
UmD
−=≡
Karakteristik #3: Direktifitas
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA 21
rataRataRadiasiIntensitasUo −
2
2
Eo
Em
Po
Pm
4
4x
Uo
UmD ==
π
π≡ Uo
Diagram arah daya / intensitas
radiasi antena yg ditinjau
Diagram arah daya /
intensitas radiasi antena
isotropis
Penghitungan direktivitas dengan cara eksak
Diketahui, suatu antena memiliki Pers. diagram arah…
U = Um.cos θ ; 0 ≤ θ ≤ π/2 & 0 ≤ φ ≤ 2π
0 ; θ, φ lainnya
∫ ∫π
π
φθθθ=22
d.d.sincos.UmW
Maka,
Contoh …
π
Jika daya yg sama, W dimasukkan ke
antena isotropis…
∫ ∫ φθθθ=0 0
d.d.sincos.UmW
[ ] [ ] ππ
ππ
φθ−=
φθθ−= ∫ ∫
2
02
0
2
2
0
2
0
cos2
Um
d)(cosdcos.UmW
.W Umπ=
22
0 0
0 0
.cos sin . . 4 .W U d d W U
ππ
θ θ θ ϕ π= ⇒ =∫ ∫
04 .W Uπ=
0
4
4
WUm
DWU
π
π
= = = =10log4= 14 dB
22 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Definisi:
samainputdayadenganreferensiantenamaksradiasiintensitas
antenasuatumaksradiasiintensitas
Umr
UmG =≡
K-4Wi Wo G = Wo/Wi
Karakteristik #4: Gain
Macam-macam referensi :
Isotropis, ηeff = 100%
dipole ½ λ horn, dll
UmUmr
D.G effη= ( )G D dBi=
( )...d
G dB=
( )...h
G dB=23 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Kadang-kadang Gain dan Direktivitas dinyatakan untuk arah tertentu / fungsi dari diagram arah.
DUm
U),(D =φθ dan G
Um
U),(G =φθ
G dan D biasanya dinyatakan dalam dB
DdB = 10 log D [dB] dan GdB = 10 log G [dB]
Gain …
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA24
Definisi: • sudut ruang yang mewakili seluruh daya yang dipancarkan,
jika intensitas radiasi = intensitas radiasi maksimum
• Seolah-olah antena memancar hanya dalam sudut ruang B dengan intensitas radiasi uniform sebesar Um
Karakteristik #5: Lebar Berkas (Beamwidth)
W B Um= × 4W Uoπ= ×
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA25
1/2
φ1/2θ1/2
W B Um= ×
( )1 12 2
Beamwidth
W Umθ φ= ×
4W Uoπ= ×
4UmD
Uo B
π= =
Kaitan Direktivitas Dengan Lebar Berkas
Jika fungsi diagram arah intensitas radiasi dinyatakan oleh :
Um = Ua. f(θ,φ)maks
U = Ua.f(θθθθ,φφφφ) dimana Ua adalah konstanta
Intensitas maksimum ….
Intensitas rata-rata dinyatakan oleh :
Ωφθ∫∫
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA26
π
Ωφθ=
π=
∫∫4
d).,(f.Ua
4
WUo
dengan, W = daya yang dipancarkan
dΩ = sinθ.dθ.dφ
maks
maks
),(f
d).,(f
4
d).,(f
),(f.Ua
Uo
UmD
φθ
Ωφθ
π=
Ωφθ
φθ==
∫∫∫∫B
4D
π=
Ωφθ
φθ=
φθ
Ωφθ=
∫∫∫∫d
),(f
),(f
),(f
d).,(fB
maksmaksΩφθ= ∫∫ d.),(fB normal
f(θθθθ,φφφφ)normal = fungsi normal diagram arah
atau
Perhitungan Direktivitas Dengan Cara Pendekatan Lebar Berkas
2 (dua) kasus
A. Fungsi sederhana
• Unidirectional• Direktivitas ≥ 10
2/12/1 .
4
B
4D
φθ
π≈
π=
1/2
φ1/2θ1/2
Beamwidth
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA27
B. Fungsi tidak sederhana
2/12/1 .B φθ
θ1/2 dan φ1/2 adalah beamwidth menurut
2 bidang ⊥ melalui sumbu mainlobe
Selesaikan dengan cara grafis !!
Ωφθ
φθ=
φθ
Ωφθ=
∫∫∫∫d
),(f
),(f
),(f
d).,(fB
maksmaks
danB
4
Uo
UmD
π=≡
Contoh: Menghitung D dengan cara eksak
U = Um.cos6θ ; 0 ≤ θ ≤ π/2 dan 0 ≤ φ ≤ 2π
1θ
41θ
11
1maks
maks
),(f
d).,(f
4
d).,(f
),(f.Ua
Uo
UmD
φθ
Ωφθ
π=
Ωφθ
φθ==
∫∫∫∫
21θ
21
21
φ
Dengan cara eksak, didapatkan D = 14,00
B
4
Uo
UmD
π=≡
28 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Contoh: Menghitung D dengan pendekatan lebar berkas
U = Um.cos6θ ; 0 ≤ θ ≤ π/2 dan 0 ≤ φ ≤ 2π
1θ
41θ
11
1
½ Um = Um.cos6 θθθθ1/4
o61
4/1 01,272
1cos ==θ −
θ1/2 = 2 x θ1/4 = 54,02o
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA29
21θ
21
21
φ
θ1/2 = 2 x θ1/4 = 54,02
2
2
1/2 1/2
4 4 (57,3 )14,3
. (54,02 )
o
oD
π π
θ ϕ
×= = ≈
Dengan cara eksak, didapatkan D = 14,00
Dari contoh di atas, dapat dilihat bahwa untuk antena unidirectional
dan direktivitas > 10, hasil pendekatan lebar berkas mendekati hasil
perhitungan secara eksak !
Ketelitian hasil perhitungan ditentukan oleh ketelitian mendapatkan lebar berkas ( B )
Jika batas-batas : θ0 ≥ θ ≥ 0 dan φo ≥ φ ≥ 0, maka :
∫ ∫φ θ
φθθφθ
φθ=
o o
d.d.sin),(f
),(fB
dapat diuraikan sebagai berikut :
Cara grafis untuk menghitung Direktifitas
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA30
∫ ∫ φθ0 0 maks),(f dapat diuraikan sebagai berikut :
maks),(f
),(f
φθ
φθ= F1(φ).f1(θ) + F2(φ).f2(θ) + ………..dst
∫ ∫ ∫ ∫φ θ φ θ
+θθθφφ+θθθφφ=0 0 0 0
0 0 0 0
2211 dst......d.sin).(f.d)(Fd.sin).(f.d)(FB
( konvergen )
B = a1b1 + a2b2 + …. dst = ∑π
=⇒i
iiB
4Dba
∫φ
φφ=0
0
ii d).(Fa ∫θ
θθ=0
0
ii d).(fb
dimana
dan
Selanjutnya integrasi gambar,
Cara grafis…
0 φ0 0 θ0
ai
bi)(Fi φ θθ sin)(f i Ketelitian hasil
ditentukan oleh ketelitian penggambaran Fi(φ) dan fi(θ)sinθ, serta perhitungan luasnya (dalam kertas milimeter)
31 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Karakteristik #6: Polarisasi
• Polarisasi gelombang berkaitan dengan orientasi vektor medan listrik yang
dibangkitkan saat pemancaran.
• Jika pemasangan antena Rx tidak sesuai dengan polarisasi gelombang, maka adayang diterima akan lebih kecil ; terjadi “ polarization mismatch “.
• Untuk orientasi yang sesuai, maka penerimaan daya akan maksimu( polarisasi medan = polarisasi antena ).
• Jika polarisasi medan membuat sudut ϕ dengan polarisasi antena, maka dayaterima akan mengalami penurunan yang dinyatakan dengan PLF ( polarization
loss factor )
E dimana,
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA32
Contoh :
untuk,
ϕ = 60o PLF = ¼ WR turun 6 dB
ϕ = 90o PLF = 0 WR = 0
PLF sangat penting untuk komunikasi bergerak khususnya di ruang
angkasa. Manfaat lain yang justru positif adalah untuk penggandaankanal frekuensi
RE
Aa
ffReE
ϕ
dimana,
=RE
vektor medan listrik
=Aa
orientasi antena
( ) ϕ=•= 22
AER cosaaPLF
Karakteristik #7: Temperatur Antena• Semua benda jika temperaturnya ≠ 0° K, akan merupakan pemancar noise yang
spektrumnya sangat lebar, termasuk di kanal frekuensi operasi antena
• Temperatur antena ( TA ) adalah temperatur yang mewakili antena karenamenerima daya noise. Jika daya noise yang diketahui antena adalah NR, maka :
N
R
AB.k
NT =
dengan ,k = konstanta Boltzman = 1,38.10-23 J/oK
BN = Bandwidth noise system
• Temperatur antena dapat dihitung dari beberapa kontribusi :
33
• Temperatur antena dapat dihitung dari beberapa kontribusi :
∫∫ππ
φθθφθΩ
=
2
0 0
S
A
A d.d.sin).,(T1
T dgn, ∫ ∫ππ
φθθφθ=Ω
2
0 0
NA d.d.sin).,(G
ΩA = sudut ruang beam antena
GN(θ,ϕ) = pola penguatan normal
TS(θ,ϕ) = brigtness temperatur of sources
harga TS dari clear sky (zenith)
sekitar 3oK ≈ 5oK
dari arah horisontal sekitar 100oK
- 150oK
dari bumi sekitar 290oK - 300oK
Sumber noise adalah
: matahari, galaxy,
atmosfer, man made
(busi, dsb )
KonsepKonsep Aperture Aperture AntenaAntena
34Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Konsep Aperture Antena
Konsep aperture antena: antena sebagai luas bidang yang
menerima daya dari gelombang radio yang melaluinya
A
E
H
H
H
E
E
E
E
E
P
P
• Misalkan pada antena corong. Rapat daya pada permukaan corong P
(watt/m2), maka daya (Wr) yang berhasil diserap oleh antena adalah:
Wr = AP
• = P.A cos α α = arah orientasi antena terhadap arah
rWH
H
H
H H H
P
P α = arah orientasi antena terhadap arah
vektor rapat daya. Umumnya orientasi antena dibuat sesuai polarisasi gelombang, sehingga
terjadi penerimaan maksimum (α’ = 0)
• “ Daya yang ditangkap antena berbanding lurus dengan luas aperture-nya”. Dalam praktek, luas tersebut 0,5 – 0,7 luas sebenarnya. Hal ini berhubungan dengan terbaginya daya dari GEM menjadi bagian –bagian yang hilang sebagai panas, dipancarkan kembali, dll.
• Sehingga ada beberapa macam aperture : Aperture efektif, aperture rugi-rugi, aperture pengumpul, aperture hambur, dll
35 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
• Antena seolah-olah mempunyai aperture yang luasnya adalah daya tersebut dibagi dengan rapat daya gelombang yang datang pada antena. Dinyatakan :
PWA = (meter persegi)
a. Aperture Efektif, Ae
Konsep Aperture Antena….
Aperture antena
a. Aperture Efektif, Ae
b. Aperture Rugi-Rugi, AL
c. Aperture Hambur, As
d. Aperture Pengumpul, Ac
e. Aperture Fisis, Ap
36 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
I
Antena dgn
beban
Rangkaian
ekivalen
P
TZ= +
A A AZ R jX
= +T T TZ R jX
V
Model…Model…
beban ekivalen
A T
VI
Z Z=
+AAA jXRZ +=
TTT jXRZ +=
LrA RRR +=
Rr = tahanan pancar RL = tahanan rugi ohmic antena
RT = tahanan terminal
37Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
2
TA
2
TLr )XX()RRR(
VI
++++=
2
TA
2
TLr
2
)XX()RRR(
RVW
++++=
RIW 2=
22
2
)XX()RRR(P
RV
P
WAperture
++++==
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA38
2
TA
2
TLr )XX()RRR(PPAperture
++++==
Mewakili
aperture
hambur, As Mewakili
aperture
rugi-rugi, AL
Mewakili
aperture
efektif, Ae
RT mewakili daya yang berguna bagi penerimaan
2
TA
2
TLr
T
2
T
)XX()RRR(.P
RV
P
WAe
++++==
• Ae menuju maksimum
pada orientasi penerimaan maksimum (α = 0 ), matched ( ), dan tidak
ada rugi-rugi ohmic antena ( R = 0 )
*
AT ZZ =
Aperture Efektif, Ae
ada rugi-rugi ohmic antena ( RL= 0 )
T
2
r
2
T
R.P4
V
R.P4
V
P
'WAem ===
• Definisi: EFFECTIVENESS RATIO ( α ) , sering juga disebut sebagai
efisiensi antena :
dengan 0≤ α ≤ 1
AemAe=α
39
Daya yang sampai pada penerima akan kurang
dari WT, jika saluran transmisi meredam, contoh
antena batang pendek biasa memiliki tinggi efektif
70 % dari tinggi sebenarnya.
2
TA
2
TLr
r
2
SS
)XX()RRR(.P
RV
P
WA
++++==
Rr mewakili daya yang diradiasikan kembali ke ruang bebas
• Jika RL = 0 ( antena lossless ), dan Rr = RT, dan XT = - XA (MATCHED),
maka 22 VV
Aperture Hambur, As (Scattering Aperture)
40
maka
T
2
r
2
R.P4
V
R.P4
V'As ==
As’ = apperture hambur matched
Sehingga Asm = 4 x As’ atau Asm = 4 x Aem.
Dalam hal ini, misalnya antena dipakai sebagai elemen parasit,seperti pada yagi atau juga sebagai elemen pemantul, seperti pada
paraboloidal antena.
• Definisi: SCATTERING RATIO, perbandingan hambur
AeAs=β
0 ≤ β ≤ ∞
2
TA
2
TLr
L
2
LL
)XX()RRR(.P
RV
P
WA
++++==
Aperture rugi-rugi, AL
RL mewakili daya yang hilang sebagai panas
41 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
• Apertur pengumpul adalah jumlah Ae, As, dan AL
2
TA
2
TLr
TLr
2
C)XX()RRR(.P
)RRR(VA
++++
++=
Aperture rugi-rugi, AC
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA42
Apertur Fisis (Ap) merupakan luas maksimum tampak depan antena dari arah rapat daya
• Untuk antena dengan pemantul atau berupa celah, luas aperture fisis ini sangat
menentukan, tapi untuk beberapa antena lainnya tidak berarti samasekali
ApL
P
P
d 2π
Aperture Fisis, Ap
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA43
d Ap = Ld
P
4
dAp
2π=
4
DAp
2π=
• Definisi: ABSORBTION RATIO : perbandingan antara apertur efektif
maksimum dengan apertur fisis Ap
Aem=γ
∞≤γ≤0
Bermacam-Macam Nilai Aperture Untuk Keadaan Khusus
0RL = danTA XX −=
RTRr1
4Ae/Aem
Ac
Aperture Fisis, Ap
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA44
Rr
1 2 3 4
RT/Rr
Ac
A. Antena Dipole Pendek
22 VV
0,119λ2
λ
L.EV =
2
22
r
L80R
λ
π=
Aperture Fisis, Ap
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA 45
T
2
r
2
R.P4
V
R.P4
VAem ==
λ
)120(
EEP
2
0
2
π=
η=
20,119λ=
π
λ=
λπ=
8
3
L.E.320
L.E..120Aem
2
22
222
Jadi Aem untuk antena dipole pendek ( L < 0,λ ), besarnya adalah tetap 0,119λλλλ2, tidak tergantung kepada panjangnya
B. Antena Dipole 1/2 λλλλy
dy
RT
-λ/4 +λ/4
λ
π=
y2cos.II 0
λ
π==
y2cos.dy.Edy.EdV 0
∫ ∫λ
π
λ=
λ
π==
4/
0
00
Edy
y2cosE2dVV
R = 73 ohm
20,13λ===
T
2
r
2
R.P4
V
R.P4
VAem
Aperture Fisis, Ap
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA46
Rr = 73 ohm Tr R.P4R.P4
Dalam hal ini Aem >> Ap, atau γ besar. Jika antena dibuat
sangat tipis, maka Ap sangat kecil tetap Aem tetap (γ ∞ )
λ/4
λ/2
atau
HubunganHubungan AperturApertur DenganDengan DirektivitasDirektivitas
• Hubungan apertur dengan direktivitas adalah berbanding lurus, dinyatakan :
2
1
2
1
Aem
Aem
D
D=
• Jika tidak MATCHED sempurna,
G = ηηηηeff. D111eff1eff11
Ae
Ae
Aem
Aem
D
D
G
G=
×η
×η=
η
η=
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA 47
222eff2eff22 AeAemDG ×ηη
ηeff = α = EFECTIVENESS RATIO
• Untuk antena isotropis, D = 1 , maka :
X
X
2
2ISO
D
Aem
D
AemAem ==
X2X Aem4
Dλ
π=
Sehingga,
Aem isotropis diketahui dengan mengambil antena 2 adalah dipole pendek,
2
28
3Aem λ
π= dan D2 = 3/2 =
1,5
Antena Aem D D (dB)
Isotropis λ π λ 1 0
X2X Aem4
Dλ
π=
Rumus di atas cukup penting untuk menghitung direktivitas antena jika aperturnya diketahui !!
Hubungan Apertur Dengan DirektivitasHubungan Apertur Dengan Direktivitas
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA 48
Isotropis λ2/(4π) = 0,79λ2 1 0
Dipolependek
3λ2/(8π) = 0,119λ2 1,5 1,76
Dipole λ/2 30λ2/(73π) = 0,79λ2 1,64 2,14
RumusRumus TransmisiTransmisi FriisFriis
Redaman lintasan propagasiRedaman lintasan propagasi
49Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
Rumus Transmisi Friis
Menghitung transfer daya dari Tx ke Rx
Tx
Isotropis
Rx
• Asumsi / syarat :
a. Jarak Tx-Rx cukup jauh (pada medan jauh) ; λ
≥2L2ra. Jarak Tx-Rx cukup jauh (pada medan jauh) ;
b. Medium tidak meredam
c. Tak ada multipath dari refleksi
λ≥ L2r
• Rapat daya pada penerima Rx, ( Pr ) :
2T
r r4
WP
π= 2
TRRrR r4
WAeAe.PW
π==
dimana,
WT = daya pancar pengirim
AeR = aperture efektif antena penerima
WR = daya yang diterima Rx
50 Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA
• Jika Tx memiliki direktivitas DT, maka :
2R
TTR r4
AeW.DW
π=2
TRRrR r4
WAeAe.PW
π==
Sehingga,
2
TR
T
R
r4
D.Ae
W
W
π=
T2T Ae4
Dλ
π=
22
TR
T
R
r
Ae.Ae
W
W
λ=
Rumus Transmisi Friis…
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA51
=R
T
WW• Perbandingan transfer daya dari Tx ke Rx untuk
medan jauh, medium tak meredam dan tak ada refleksi
=T
R
WW• Redaman lintasan (path loss) jika pada Tx dan Rx
digunakan antena referensi ( umumnya isotropis ) dan biasa
dinyatakan dalam dB,
=
R
T
W
Wlog10Lp dB
λ=
RT
22
Ae.Ae
r.log10 denga
n π
λ==
4AeAe
2
RT( isotropis)
++
π=
λ
π= 22
22
rfc
4log10
r4log10
Lp = 32,5 + 20 log fMHz + 20 log rkm
Rumus Transmisi Friis
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA52
Lp = 32,5 + 20 log fMHz + 20 log rkm
Lp = 92,45 + 20 log fGHz + 20 log rkm
• Redaman lintasan atau pathloss disebut juga dengan redaman ruang
bebas / FSL (free space loss), terjadi bukan karena penyerapan daya
tetapi karena penyebaran daya
• Jika terjadi multipath, Lp berubah menjadi harga efektif, (Lp – 6 dB) ≤≤≤≤ Lpeff ≤≤≤≤ ∞∞∞∞
• Penurunan –6 dB ini dapat terjadi jika ada dual path yang merupakan
interferensi saling menguatkan secara sempurna (kuat medan di Rx dua
kali single path)
The End The End
Modul 2 KONSEP DASAR ANTENA 53