ee3253a 5 macam-macamantena 2004c final

Nachwan Mufti A Modul V Macam-Macam Antena 44

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

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

Feed

Parabolic Dish

r

Pemantul umumnyaterbuat dari baja, aluminium, atau bisa jugalapisan logam (foil) yang dilekatkan padafiberglass

F. Antena-Antena Reflektor


Bentuk utama parabola

Terdapat 2 macambentuk utamaparabola, yaitu :

Parabola Silindris

Mengubah muka gelombangsilindris yang dipancarkansumber garis sefasa menjadigelombang datar pada aperturnya

Parabola Silindris Mengubah muka gelombang spherisyang dipancarkan sumber isotropispada fokus, menjadi gelombangdatar pada apertur-nya.

Atau jika jika dilihat berkasgelombang datang dari titik fokus, akan dipantulkan sejajar sumbuparaboloid

Line source

Aperture

Aperture

Point source



(a)

(b)

Fokus = F

L

R

Verteks

Mukagelombangdatar

Persamaan lengkung parabola, padagambar di samping parabola memiliki fokus F dan berjarak L dari verteks dinyatakan sbb :

F

Verteks

Axisx

y

PQ

Directrix

+= cos1L2R

Definisi :

Lengkung paraboloid adalah tempatkedudukan titik-titik yang jaraknya ke titik fokus

sama dengan jaraknya ke bidang datarDirectrix

PQPF =

Analisis Geometri... F. Antena-Antena Reflektor


(c)

FAxis

PQ

B' A'

S

B A

Aperturbidangdatar

QSPQQSPFPSPF =+=+Jadi gelombang dari sumber isotropis pada fokusF akan dipantulkan oleh parabola menjadi sefasapada garis/bidang AA.

Bayangan fokus F adalah direktriks. Medanpantul pada AA seolah-olah berasal daridirektriks sebagai gelombang datar.

Bidang/garis BB disebut Apertur Datar atauapertur fisik



Distribusi Medan... Aperture Parabola Silindris

dy

yd

R

L

F

sumber garisisotropis

x

yEkspresi untuk daya, W W = Daya pada strip pita selebar dy sepanjang 1

meter ke arah sumbu z

y.dyW = 'U.dW =Py = rapat daya pada y U = intensitas radiasi

sepanjang 1 m kearah z

= d'Udy.y

dy1 meter

=

d)sinR(d

1'U

y

maka,

+= cos1L2R

Sehingga.



'UL2

cos1PPy+==

Untuk = 0, 'U

L1PP 00 ===

Didapatkan...

Dengan normalisasi P terhadap P0 , didapatkan :

2cos1

PP

0

+=

2cos1

EE

0

+=

Distribusi medan ternormalisasisebagai fungsi untuk apertur parabola silindris



Distribusi Medan... Aperture Paraboloid / Dish Antenna

d

R

L

F

sumber titikisotropis

x

yd

d

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

= Daya yang dipancarkan antena isotropik untuksudut ruang 2 sin d

= Pd2W Udsin2W =P = rapat daya pada U = intensitas radiasi

UdsinPd =

=d

dsin

U

maka,

+==

cos1sinL2sinR



( ) UL4

cos1PP 22+==

Untuk = 0, U

L1PP 200 ===

Didapatkan...

Dengan normalisasi P terhadap P0 , didapatkan :

( )4

cos1PP 2

0

+=

2cos1

EE

0

+=

Distribusi medan ternormalisasisebagai fungsi untuk apertur paraboloid



Iluminasi Pada Apertur Parabola

Axis

4n

Secondary pattern

Isotropic source pattern(primary pattern)

V A FD

Gambar (a)

Gambar (a)

Jika antena primer isotropis spheris, bagianA akan sefasa dengan muka gelombangdatar pada apertur, sehingga diagram sekunder akan berbentuk ENDFIRE.

4nL ganjil

= Gelombang yg dipantulkan sefasa dengangelombang pantul Interaksi Positif

4nL genap

= Gelombang yg dipantulkan berlawanan fasa dgngelombang pantul Interaksi NegatifJika



TaperredIllumination

primary pattern

V FD

Relative field intensity

Gambar (b)

Gambar (b)

Jika jarak fokus primer spheris kearahreflektor semakin dekat ( L


primarypattern

VD

Relative fieldintensity

LF

Taperred illumination withdashed primary pattern

Nearly uniform illuminationwith solid primary pattern

1+

1

Gambar (c)

Gambar (c)

Pada saat L dibesarkan supayapenurunan ke tepi ( tappered ) semakinkecil, maka :

Jika iluminasi primer dapat dijagatetap uniform spheris, makapenurunan ke tepi (tappered) padailuminasi apertur akan sedikitLihat garis penuh !!

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

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

Jarak fokus yang besar biasa dipakai untuk antena astronomi ( L/D >> )



Pola Pancar Antena Besar Apertur Sirkular Dengan Iluminasi Uniform

( ) ( )[ ] = sin sinDJD2E 1 Pola medan radiasi dari aperture iluminasi uniform dapat dihitung dari Prinsip

Huygens. Pola medan ternormalisasi E( ) sebagai fungsi D dan adalah sebagaiberikut :

D Diameter aperture Panjang gelombang ruang bebas Sudut terhadap garis normal apertureJ1 Fungsi Bessel orde pertama

Radiasi dari suatuantena parabola besar dengan aperture iluminasi uniform secara tipikal adalahekivalen denganapertur sirkular dengandiameter yang sama, D.

D uniform illumination uniform illumination

uniform plane wave

infinite sheetRelative field intensity

Relative field intensity

Paraboloid



Sedangkan First Null dari pola radiasidinyatakan dinyatakan dari rumusanberikut :

83,3sinD 0 =

Sehingga,

D22,1arcsin

D83,3arcsin0

==

untuk sudut kecil, berlakuuntuk parabola besar( D > 10 )

00sin

( )( )derajat

D70

o

=

=

radD22,1

0

Sehingga, untuk apertur sirkulariluminasi uniform (parabola besar)

==

D1402BWFN

o

0

=

D58HPBW

o

Half Power Beamwidth, untuk apertursirkular iluminasi uniform (parabola besar)

Sedangkan direktivitas, dinyatakan :

2ApertureLuas4D =Sehingga,

22

2

D87,94D4D =

=



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

ApertureSirkular Rektangular

Half Power Beam Width

=D58HPBW

o

=

L51HPBW

o

Beam Width Between First Nulls

=D

140FNBWo

=

L115FNBW

o

Direktifitas(Gain terhadap isotropik)

2D87,9D = 'LL6,12D =Gain terhadap dipole /2 2D6G = 'LL7,7G =Dimana D diameter ( dalam )

L panjang sisi rektangular ( dalam )L panjang sisi rektangular yang lain ( dalam )



Perbandingan pola radiasi relatif antara apertur sirkular D = 10 denganaperture bujursangkar L = 10



G. Antena 2 AplikatifG.1. Antena Yagi

x

y

z

Driver

Director

d2

d1

0.56192

1.1238

1.6858

2.2477

2.8096

30

210

60

240

90

270

120

300

150

330

180 0

Director

Driver

3-element Uda Yagi (endfire)

Reflector

Reflector


Aplikasi Uda - YagiAntena Uda- Yagi adalah antena yang paling populer sebagaipenerima untuk frekuensi VHF-UHF karena sifat-sifatnya : desainpencatuan yang sederhana, harga murah, berat ringan, relatif dapatmencapai gain yang cukup tinggiBerhubung frekuensi yang lebih tinggi mendapatkan perlakuanredaman 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 UY

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

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

VHF

UHF

G. Antena 2 Aplikatif


Kriteria Desain Praktis Antena Yagi1. Spasi antena yang semakin dekat akan meningkatkan Front to Back

Ratio yang makin besar pada main beamnya.2. 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 terdapat

nilai optimal dimana penambahan jumlah director tidak memperbesargain secara signifikan lagi

5. Uda-Yagi juga akan memiliki bandwidth lebih lebar jika reflektordibuat lebih panjang dari optimum sedangkan director lebih pendekdari optimum.

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

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

8. Reflektor sudut bisa dipakai untuk memperbesar gain dan bandwidth



G.2. Turnstile Antenna

Small Cross-Dipolewith quadrature current

feeding:

x

r

y

z

P

dLA B

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

xz0 jIII ==

( ) = a.sin.dl.I

re

4jrE z

rj

A

( ) ( ) += a.sina.coscos.dl.Ire4jrE xrj

B



Radiation Pattern

3-D Pattern of infinitesimal Turnstile Antenna

x

y

z

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

x

z

x

zInfinitesimal

TurnstileFinite Length

Turnstile

Radiation in alldirections!



Aplikasi Antena Turnstile1. Polarisasi sirkular pada arah broadside umumya digunakan untuk :

Komunikasi satelit Aplikasi radar

2. Pada kendaraan angkasa

3. TV broadcast transmit antenna :

Pada bidang x-z akan memiliki pola pancar hampir sirkular



G.3. Antena Mikrostrip

Substrate

PatchFeed

r

L

t

d

- - - -

- - - -

+ + + +

+ + + +

Struktur Patch



RectangularDipole

Elliptical Circular Ring

Triangular

dan sebagainya.

Bentuk Patch Aplikasi Antena Mikrostrip

1. Umumnya diaplikasikan untukkomunikasi yang memerlukanukuran antena yang kecil, spt :

aircrafts, mobile, dll2. Bentuk patch dan pencatuan

berkaitan dengan polarisasi, polapancar, impedansi, dll.

3. Efisiensi umumnya rendah, bandwidth sempit

4. Selalu dioperasikan untukpancaran broadside

5. /3 < L < /2 and 2 < r < 12



G.3. Antena Horn

E-Plane sectoral horn

H-Plane sectoral horn

Pyramidal horn

TE10

Bentuk-Bentuk Antena Horn

Cukup luas digunakan sebagai antena primer ( feed element ) pada parabola, yang digunakan untuk : Aplikasi komunikasi gelombang mikro fixed

point to point Radio Astronomy Satellite tracking

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

Aplikasi Antena Horn



H.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. Exotic Antenna


H.2. Fractal Antenna

H. Exotic Antenna


Radial line slotted waveguide antennas

Single-layer millwaveslotted waveguideantennas

H.3. Slotted Waveguide Antenna

H. Exotic Antenna


Everything what propagates can be transmitted.

Everything what can be transmitted can be received

- EM waves, sound, smell, light, gravity and maybe 6th sense -

Motto Kuliah Antena dan Propagasi

ee3253a 5 macam-macamantena 2004c final

Documents