ragam antena

MODUL 9RAGAM ANTENA

9.1 Pendahuluan

Pada bagian ini akan dibahas mengenai antenna mulai dari yang sederhana sampai dengan yang berbentuk kompleks. Antena dikelompokkan menjadi :

1. Antena Dasar2. Loop, Dipole dan Slot3. Opened-out coaxial, Twin Line dan waveguide4. Jenis Reflektor dan Aperture5. Jenis End-Fire dan Broadband6. Panel Flat dan Grid Array

Berikut ini adalah Gambar Dari Klasifikasi Antena

Gambar 9.1 Kasifikasi Antena

Jenis Coaxial dan two wire (twin-line) disusun sebagai sebuah rangkaian evolusi dari kebutuhan bandwidth sekarang ini yang lebar hingga bandwidth yang sempit. Directivity, bandwidth dan bentuk bidang yang ditunjukkan yang membedakan dari berbagai jenis antena. Paremeter tersebut bersama dengan ukuran parameter ukuran antenna digunakan dalam sebuah antenna dan menentukan perkiraan gain dan beamwidth nya’

3.2 LOOP, DIPOLE DAN SLOT

Antena Dan PropagasiFahraini Bachruddin ST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar

Universitas Mercu Buana

‘121

Sebuah antenna loop horizontal kecil pada gambar 9.2a diperlakukan sebagai rekan pembanding (counterpart) dari dipole vertical short pada gambar 3.2b. Antena loop dan dipole mepunyai bentuk bidang yang identik tetapi mempunyai E dan H yang saling bertukar. Dengan demikian, loop horizontal dipolarisasi secara horizontal dan loop vertical dipolarisasi secara vertical pula. Antena loop kecil dan dipole pendek mempunyai nilai directivity yang sama yakni D = 1,5. Syarat antenna loop kecil dan dipole pendek, ukuran sebaiknya λ/10 atau kurang. Antena loop banyak diaplikasikan pada pemnacar radio sedangkan antenna dipole sebahagian besar digunakan untuk menangkap sinyal UHF pada TV

Gambar 9.2 Tiga jenis dasar antena (a) Small Loop (b) Short Dipole (c)Antena slot

Pada gambar di atas antenna loop dan dipole mempunyai bentuk bidang yang sama tapi dengan nilai E dan H yang berbeda serta nilai D yang sama.

Contoh 1

Dengan menempatkan short dipole di dalam small loop pada sumbunya seperti pada gambar 9.2, Bentuknya omnidirectional pada bidang horizontal dan tidak pada sumbu vertical sama untuk bentuk loop dan dipole secara individu.

a. Jika diameter loop adalah λ/15 dan loop dan dipole merupakan phase dengan power yang sama, bagaimana polarisasi dari radiasi?

b. Jika arus loop berlawanan dengan jarum jam dan sedangkan pada arus dipole ke atas, apakah terjadi polarisasi kiri atau kanan sebagimana ditampilkan jika arus dipole menjadi naik, bagaimana polarisasinya, kanan atau kiri?

Dari bagian sebelumnya polarisasinya merupakan melingkar ke kanan

Jika antenna dipole diberi celah akan menghasilkan slot sebagaimana yang terdapat pada gambar 9.2 c. Dengan demikian menghasilkan antenna slot. Dipole dan slot dinamakan complementary (saling melengkapi) karena antenna slot dapat dibentuk dari antenna



‘122

dipole. Lagipula, impedansi terminal Zd dari dipole dan impedansi terminal Zs dari slot dihubungkan dengan impedansi karakteristik Zo (=377Ω) yang diberikan dari

………………………………………………………..(9.1)

Dengan demikian diperoleh :

………………………………………………..(9.2)

Dengan demikain impedansi slot besarnya sama dengan Admitansi Dipole . Jika dipole

memerlukan induktansi untuk matching, complementary slot memerlukan kapasitansi. Dengan demikian, mengetahui property dari dari dipole menungkinkan kita untuk memprediksi property complementary slot. Untuk meyempurnakan complementary ini, helai yang terdiri dari slot harus lebih besar (idealnya tidak terbatas) dan secara sempurna menghantar.

Antena slot mempunyai panjang λ/2 dan ini kemudian melengkapi antenna dipole λ/2 seperti yang ditunjukkan pada gambar 9.2. Perlu dicatat bahwa bentuk bidang pada gambar tersebut bukan garis bidang. Bagaimanapun arah Arah E dan H pada sebuah titik ditunjukkan.

Adapun aplikasii untuk antenna slot yakni pada system yang berfrekuensi tinggi seperti satelit, stasiun bumi, aplikasi mobile, UWB, pesawat ruang angkasa,

Contoh Soal 2Pada contoh ini akan dibahas mengenai Satu gelombang dipole dan Antena Slot. Pada gambar 9.3a sebuah antenna slinder dipole satu gelombang dan pelengkapnya antenna slot yang saling melengkapi. Panjang sebenarnya L = 0,925λ. Silinder dipole mempunyai silinder D = L/28 = 0,033λ dan impedansi terminal Zd = 710 + j0 Ω. Antena slot mempunyai lebar w = 2D. Tentukan impedansi terminal Zs dari slot.

Penyelesaian :

Dari persamaan (9.2) diperoleh :

Untuk sebuah impedansi matching ada kabel koaksila 50Ω ditunjukkan gambar 9.2b.



‘123

Radiasi untuk antenna patch (akan dibahas dibagian antenna pacth) terjadi seolah-olah dari 2 slot, sehingga contoh ini berguna mengerti mengenai antenna patch yang akan di bahas di bagian lain

Gambar 9.3 Perbandingan antenna slot dan dipole

Pada gambar di atas merupakan perbandingan antenna dipole silinder dan antenna slot. Pada antenna slot dimatchingkan langsung dengan kabel koaksial 50 Ω.

3.3 Antena Opened Out Coaxial Line

Pada bagian ini merupakan antenna yang disambungkan dengan kabel koaksial.



‘124

Gambar 9.4 Evolusi antenna dari bandwidth lebar sampaii ke bandwidth yang sempit

Pada gambar di atas menujukkan evolusi dari pita lebar yang secara bertahap membentuk volcano smoke pada bagian atas (a) hingga menuju bandwidth menegah pada antenna conical sampai ke bandwidth yang sempit yakni pada antenna monopole λ/4.

Semua antenna yang ditunjukkan pada gambar di atas merupakan omnidirectional pada bidang horizontal dengan sebuah null pada arah vertical (puncak). Directivity D ditunjukkan untuk setiap antenna. Dari yang halus, transisi berangsur-angsur menjadi lebih kasar yang dihasilkan pada bandiwith yang lebih sempit.

Antena Konikal diaplikasikan pada WLAN sedangkan antenna monopole banyak digunakan pada system radio AM

3.4 Antena Opened Out 2 Kondutor (Twin Line)



‘125

Gambar 9.5 Evolusi antenna dari broadband menuju ke narrowband melalui 2 konduktor

Pada gambar di atas menunjukkan antenna dengan dua konduktor terbuka mulai dari antenna untuk aplikasi broadband “antenna twin alpine horn” (a) hingga untuk aplikas intermediate bandwidth untuk antenna biconical sampai pada aplikasi bandwidth sempit (dipole λ/2). Bagian yang lebih simple pada gambar d,e dan f. Antena twin alpine horn unidirectional sedangkan antenna biconical dan dipole bersifat omnidirectional pada bidang horisontal

Bagian simpel dari twin alpine horn ditunjukkan pada gambar 9.5d dan e, mempunyai waveguide double rigde sebagai launcher yang naik secara exponansial pada dua konduktor yang seimban matching pada saluran transmisi. Desain pada gambar 9.5d dan e menyertakan fitur yang digunakan oleh Kerr (1) dan oleh Baker (1) dan Van der Neut.

Bentuk runcing eksponensial merupakan dari sebuah bentuk dimana k1 dan



‘126

k2 merupakan konstan. Lekukan disediakan secara berkala. Bentuk simpel lain ditunjukkan pada gambar 9.5f disebut antenna slot vee sandwich atau antenna Vivaldi setelah abad ke 17 yang disusun Antonio Vivaldi (shin 1)

3.5 Antena Waveguide Opened Out (Jenis Aperture)

PAda bagian ini akan dibahas mengenai antenna untuk waveguide terbuka seperti yang banyak diaplikasikan untuk system UHF ke atas hingga satelit.

Gambar 9.6 Antena dengan waveguide persegi dan bulat

Pada gambar di ats antenna waveguide terbuka dengan celah berbentuk persegi pada bagian (a) dan yang berbentuk bulat pada bagian (b). Kedua antenna ini disebut antenna aperture (celah) dengan effective aperture Ae dan Directivity D yang sebanding dengan area terompet yang terbuka.

Contoh Optimum Pyramidal Horn

Secara ideal phasa dari bidang menuju mulut terompet seharusnya konstan. Ini memerlukan horn yang sangat panjang. Bagaimanapun, untuk waktu praktek yang sebaik-baiknya pada horn sebaiknya sependendek mungkin. Mengarah pada gambar 9.6 horm optimum merupakan sebuah kompromi yang mana perbedaan pada panjang lintasan δ sepanjang ujung dan pusat dari terompet dibuat 0,25λ atau kurang pada bidang E. Bagaimanapunm pada bidang H, δ dapat lebih besar, jika filed menuju ke nol



‘127

pada ujung horn ( batas kondisi, dipenuhi). Dari gambar 9.6 sudut nyala (flare)

horn θ diberiakan oleh

(9.3)

Untuk sebuah horn dengan L = 10λ, tentukan sudut corong terbesar (flare) untuk δ=0,25λ.

Penyelesaian :

Dari persamaan (9.3)

Gambar 9.7 Pyramidal Horn

3.6 Antena Reflector Flat Sheet

Contoh Power yang diterima oleh Reflektor Square Corner

Kanal 35 (559 MHz) station TV AUS menghasilkan suatu kuat medan dari 1µVm -1 pada sebuahh sudut persegi empat antenna penerima, sebagaimana pada gambar 9.8c. Dengan ukuran optimum untuk kanal ini. Tentukan power yang disalurkan ke penerima yang diasumsikan matching ke antenna.

Penyelesaian :

Dari gambar 9.7c, D = 20, sehingga lubang (aperture) aperture :



‘128

Dan power yang diterima adalah

Gambar 9.8 Antena dengan satu dan dua reflector (a dan b) serta reflector 90o

3.7 Antena Parabola dan Lensa dielektrik

Directivity (atau gain) dari antenna parabola tergantung pada beberapa factor:

1. Bentuk dari Feed antenna. Jika bentuk terlalu luas dan mencurahkan keluar dari ujung suatu piringan, gain dikurangi. Di lain pihak, jika bentuknya terlalu tipis, piringan tidak full diterangi oleh feed dan aperture tidak full digunakan.

2. Akurasi dari permukaan piringan relative dengan sebuah antenna parabola ideal. Seperti contoh, jika permukaan depart pada jarak δ = λ/4 (atau 90o sudut elektrikal) dari kurva parabol. Medan pantul merupakan perubahan phasa 180o, yang mengurangi efesiensi aperture. Disk permukaan parabola pada gambar 9.9a.

3. Banyak factor lain yang juga dilibatkan. Efesiensi aperture bervariasi secara lebar tergantung pada desain tertentu.Asumsikan sebuah efesiensi aperture 70 persen, bagaimanakah antenna piringan parabola sebagai fungsi radius.Penyelesaian :



‘129

Gambar 9.9 Antena parabolic Disc reflector dan dielectric lensa

3.8 Antena End-fire

Terdapat tiga jenis antenna End-Fire yang ditunjukkan pada gambar 9.9. Karena directivity yang tinggi, palorisasi melingkar, bandwidth yang lebar dan ukuran yang noncritical, antenna helical (sekrup) sumbu (gambar9.9c) secara luas digunakan pada aplikasi space. Dengan polarisasi linier, sebah perubahan orientasi antenna satelit dapat menghasilkan pada polarisasi melintang dan loss pada sinyal. Dengan polarisasi melingkar masalah ini tidak akan terjadi, disediakan antenna satelit dan station bumi merupakan sisi yang sama.



‘1210

Gambar 9.10 Jenis Antena End fire

3.9 Antena dengan Bandwidth Luas : Conical Spiral Kerucut dan LOG Periodic.Spiral kerucut pada gambar 9.11 mungkin tanpa melihat sebagai spiral yang flat yang telah dibungkus disekitar dielektrik kerucut. Spiral kerucut di fed oleh kabel koaksial yang dibonding dengan satu bahan konduktor strip dengan konduktor di dalamnya yang digabungkan dengan strip lain pada puncak, yang ditunjukkan pada sketsa dari



‘1211

spiral lurus. Batas frekeunsi rendah dari spiral kerucut jika diameter pada dasar λ/2. Batas frekuensi tinggi terjadi jika diameter puncak sama dengan λ/4. Dengan demikian bandwidth nya merupakan perbandingan ½ diameter bagian dasar dengan diameter puncak, dimana untuk keucut pada gambar 9.10a, kira-kira perbandingan 7 dengan 1. Bandwidth dari antenna log periodic tergantung dari perbandingan antara yang terpanjang berikutnya dengan dipole yang terpendek berikutnya, yang mana untuk array pada gambar 9.11b kira-kira perbandingannya 4 banding 1.

Gambar 9.11 Antena conical spiral dan log periodic mempunyai bandwidth yang sangat lebar dengan gain yang moderate (kecil)

3.10 Antena Patch, Array Patch dan Grid Array

Antena array mempunyai gain yang low begitupun dnegan bandwidthnya. Sifat aeroddinamik memerlukan antenna yang low profile pada pesawat terbang dan berbagai jenis kendaraan. Gambar 3.12 menunjukkan antenna patch yang dibelah sebagian untuk menunjukkan titik feednya. Sebuah antenna patch terdiri atas helai konduktor tipis kira-kira 1 dengan 1/2λ dimonting pada bagian yang dibelah tadi.Radiasi dari antenna patch sama dengan radiasi pada 2 antena slot yakni pada bagiankiri dan kanan. Slot merupakan pemisah yang tipis antara patch dan groundnya. Jarak antara keduanya sama dengan ketebalan t dari yang dipoti=ong dan panjangnya kira-kira λo/100 sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 9.12



‘1212

Gambar 9.12 Anten apatch yang dibelah pada salah satu bagiannya



‘1213

ragam antena

Documents