pada Pencatu Antena Susun untuk Aplikasi Radar Maritim
Y. K Ningsih 1) , F Zulkifli 1) , E.T Rahardjo 1) , A.A Lestari 2)
4. ANALISIS DISTRIBUSI AMPLITUDO ANTENA SUSUN
Dari hasil sintesa dapat dilakukan analisis terhadap pola distribusi amplitudo, pola radiasi dan karakteristik antena yang dihasilkan oleh keempat distribusi amplitudo tersebut. Hal ini dianalisis lebih lengkap sebagai berikut:
4.1.Analisis Pola Distribusi Amplitudo
Pola distribusi amplitudo yang dilakukan pada antena susun 8, 16, dan 32 elemen diperlihatkan pada gambar 1, 2 dan 3. Walaupun berbeda jarak dan jumlah elemennya namun dari ketiga gambar tersebut terlihat bahwa pola distribusi cenderung sama bentuknya. Dari ketiga distribusi yang non uniform terlihat bahwa pola radiasi Cosine memiliki amplitudo ke arah tepi yang lebih kecil dibandingkan Chebyshev dan Taylor. Dengan bentuknya yang semakin kecil ke arah elemen tepinya akan dapat diperoleh hasil SLL yang lebih baik.
Distribusi Amplitudo 8 elemen 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1 2 3 4 5 6 7 8 elemen ke - a m p lt u d o d = 0.5 λ Uniform d = 0.5 λ Chebyshev d = 0.5 λ Taylor d = 0.5 λ Cosine d = 0.75 λ Uniform d = 0.75 λ Chebyshev d = 0.75 λ Taylor d = 0.75 λ Cosine
Gambar 1. Pola distribusi amplitudo untuk 8 elemen
Distribusi amplitudo 16 elemen
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 elemen a m p li tu d o d = 0.5 λ Uniform d = 0.5 λ Chebyshev d = 0.5 λ Taylor d = 0.5 λ Cosine d = 0.75 λ Uniform d = 0.75 λ Chebyshev d = 0.75 λ Taylor d = 0.75 λ Cosine
Gambar 2. Pola distribusi amplitudo 16 elemen
Distribusi Am plitudo 32 elem en
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 El emen ke -
d = 0.5 λ Uniform d = 0.5 λ Chebyshev d = 0.5 λ Taylor
d = 0.5 λ Cosine d = 0.75 λ Unif orm d = 0.75 λ Chebyshev
d = 0.75 λ Taylor d = 0.75 λ Cosine
Gambar 3. Pola distribusi amplitudo 32elemen
4.2. Analisis Pola Radiasi
Analisis pola radiasi dilakukan untuk mengetahui main lobe dan side lobe yang dibentuk. Pola radiasi yang dianalisis dilakukan pada antena susun 32 elemen dengan jarak antar elemen 0.5 λ. Masing-masing pola radiasi pada keempat jenis distribusi amplitudo dapat dilihat pada Gambar 4 - 8.
Gambar 4. Pola radiasi antena array 32 elemen dengan
distribusi Uniform
Gambar 4 merupakan pola radiasi yang dibentuk berdasarkan distribusi amplitudo yang uniform. Dari pola yang terbentuk SLL dari minor lobe terbesar adalah -13.3 dB dan untuk minor lobe lainnya bervariasi besarnya dan cenderung SLL nya menurun. Kondisi ini belum mencapai kriteria SLL dari antena radar maritim.
Gambar 5. Pola radiasi antena array 32 elemen dengan
distribusi Chebyshev
Gambar 6. Pola radiasi antena array 32 elemen dengan
distribusi Taylor
Gambar 7. Pola radiasi antena array 32 elemen dengan
distribusi Cosine on Pedestal
Gambar 5 merupakan pola radiasi pada antena susun dengan distribusi Chebysev. SLL dari semua minor lobe sama besarnya yaitu -26.1 dB.
Minor lobe yang dihasilkan masih banyak, namun dibandingkan dengan distribusi uniform (Gambar 4), SLL telah berhasil ditekan sesuai dengan kriteria.
Pola radiasi antena susun dengan distribusi Taylor terlihat pada Gambar 6. SLL minor lobe tertinggi sebesar -27 dB.
Antena susun yang terdistribusi amplitudo Cosine on Pedestal memiliki SLL pada minor lobe
tertingginya sebesar -23.8 dB (Gambar 7). Kondisi ini belum mencapai kriteria yang diinginkan, namun
minor lobe yang dihasilkan lebih sedikit. Hal ini terkait dengan pola distribusi amplitudo Cosine on Pedestal yang memiliki amplitudo yang lebih mengecil ke arah tepi dibandingkan distribusi non uniform lainnya.
4.3. Analisis karakteristik antena susun
Dari hasil sintesa dilakukan analisis karakteristik directivity, beamwidth dan SLL. Lebih lengkapnya akan dijelaskan berikut ini.
a. Analisis directivity
Directivity merupakan karakteristik yang penting pada antena radar. Sesuai dengan kriteria yang diinginkan maka directivity yang dihasilkan harus tinggi agar dapat menjangkau objek yang jauh.
Dir e ctivity de ngan d = 1.6 cm
0 5 10 15 2 0 2 5 8 16 3 2 J uml a h E l e me n d B Unif o rm Cheb ychev Taylo r Co sine
Gambar 8. Directivity berdasarkan distribusi amplitude
Dengan d = 0.5λ (1.6 cm)
Dire ctivity de ngan d = 2.4 cm
0 5 10 15 20 25 8 16 32 Jum lah e le m e n dB Unif orm Chebychev Taylor Cosine
Gambar 9. Directivity berdasarkan distribusi amplitude
Dengan d = 0.75λ (2.4 cm)
Gambar 8 dan 9 menunjukkan hasil sintesa dari masing-masing distribusi amplitudo. Dari kedua gambar tersebut terlihat semakin banyak jumlah elemen maka directivity yang dihasilkan lebih besar. Bila dilihat jarak antar antena yang di rancang, ternyata directivity yang dihasilkan dari antena susun,
ada peningkatan directivity tapi tidak terlalu signifikan. Bila dilihat dari kedua parameter jarak antar elemen dan jumlah elemen antena susun,ternyata jumlah elemen antena susun mempunyai pengaruh yang lebih signifikan terhadap
directivity. Hal ini sesuai dengan teori directivity [4].
b. Analisis beamwidth
Pada antena radar maritim, beamwidth yang sempit harus dapat dicapai. Hal ini agar diperoleh ketepatan yang tinggi dalam mendeteksi objek. Gambar 10 dan 11 memperlihatkan semakin banyak jumlah elemen dan jarak antar elemen yang diperpanjang, beamwidth yang dicapai lebih sempit. Diantara keempat distribusi amplitudo, distribusi uniform menghasilkan beamwidth yang lebih sempit dibandingkan ketiga distribusi yang non uniform.
Be am w idth de ngan d=1.6 cm 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 8 16 32 jum lah e le m e n d e ra ja t Unif orm Chebychev Taylor Cosine
Gambar 10. Beamwidth berdasarkan distribusi amplitude
untuk d = 0.5λ (1.6 cm) be am w idth de ngan d = 2.4 cm 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 8 16 32 j uml ah e l e men Unif orm Chebychev Taylor Cosine
Gambar 11. Beamwidth berdasarkan distribusi amplitude
untuk d = 0.75λ (2.4 cm)
Untuk mencapai kriteria beamwidth sebesar 2.5º, berdasarkan Tabel 6, ternyata distribusi uniform dapat mencapai beamwidth yang diinginkan dengan jarak antara elemen paling minimum, namun SLL yang dihasilkan belum memenuhi kriteria yang diharapkan. Yang memenuhi seluruh kriteria dan memiliki jarak antar elemen terkecil berikutnya adalah metode distribusi Chebyshev. Distribusi Cosine on Pedestal memiliki SLL yang terendah, namun jarak antar elemennya terbesar. Jarak antar elemen perlu dipertimbangkan dalam perancangan karena berdampak terhadap dimensi total antena susun dan biaya. Bila dimensi tambah besar ini akan berdampak terhadap biaya fabrikasi antenna.
5. KESIMPULAN
Tentunya biaya perlu di tekan dan dimensi antena diinginkan yang paling kecil dan kompak sehingga akan dipilih jarak antar elemen yang kecil namun memenuhi semua kriteria yang ditentukan.
Makalah ini telah menganalisis hasil sintesa dari keempat metode distribusi amplitudo dan hasilnya metode Chebyshev yang memenuhi semua kriteria dari antena radar maritim yang ditentukan dengan jarak antar elemen terkecil. Kriteria antena radar berupa directivity, beamwidth dan SLL dipengaruhi oleh jumlah elemen, jarak antar elemen dan metode distribusi amplitudo yang digunakan. Hasil kajian yang dibahas ini merupakan penelitian awal yang akan dikembangkan ke perancangan dan pembuatan prototip antena radar maritim untuk Indonesia.
b. Analisis Side Lobe Level
Hasil sintesa SLL yang diperoleh dapat dilihat pada Gambar 12 dan 13. Pada kedua gambar tersebut, terlihat parameter yang mempengaruhi penekanan SLL adalah metode distribusi amplitudo, jarak antar elemen dan jumlah elemen. Jika dilihat dari parameter jarak antar elemen (d), untuk antena dengan distribusi amplitudo nonuniform, apabila jarak antar elemennya bertambah maka SLL yang dihasilkan meningkat. Jika dilihat dari jumlah elemen, maka semakin banyak jumlah elemen maka SLL yang dihasilkan akan
semakin kecil. DAFTAR REFERENSI
[1] M.W.Long , Radar Reflectivity of Land and Sea 3rd Edition, Artech House, 2001
SLL untuk d = 1.6 cm - 30 - 25 - 20 -15 -10 -5 0 8 16 32 d B
Unif or m Chebychev Taylor Cosine
[2] W-D. Wirth, Radar Techniques Using Array Antennas, IEE, 2001
[3] W. Stulzman,G.A . Thiele, Antenna Theory and Design, John Wiley & Son, 1998
[4] C.A Balanis, Antenna Theory Analysis and Design 3rd Ed, John Wiley & Son, 2000
Gambar 12. SLL berdasarkan untuk d = 0.5λ (1.6 cm)
SLL dengan d = 2.4 cm - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 -10 - 5 0 8 16 32 J u m l a h e l e m e n Cosine Taylor Chebychev Unif or m
Gambar 13. SLL berdasarkan distribusi amplitude
58