Pert 4 Antenna dan Propagasi

(1)

(2)

Materi

Konsep Dasar Antenna

Jenis-Jenis Antenna

Model Propagasi

(3)

(4)

Pengertian Antenna

Antena adalah konduktor elektrik yang berfungsi untuk :

 _{Transmisi (Transmission) : Meradiasikan energi}

elektromagnetik ke ruang bebas/space

 _{Penerimaan (Reception) : Mengumpulkan/menerima}

energi elektromagnetik dari ruang bebas/space

(5)

Pola Radiasi Antena

Pola radiasi antenna dapat digambarkan dengan sebuah grafk

(6)

Pola Radiasi Antena (2)

Beam width (or half-power beam width)

(7)

(8)

Jenis Antena

Secara garis besar, antena dapat dibagi jadi dua jenis berdasarkan arah radiasi

(9)

Isotropic Antena

Jenis antena pada kondisi ideal

 _{Pada kasus nyata, kondisi ini hampir tidak pernah terjadi}

(10)

Antena Dipole

Antena sederhana yang disusun dari dua batang/lempeng bahan konduktor

Dua jenis dipole

 _{Half-wave dipole antenna (or Hertz antenna)}

 _{Quarter-wave vertical antenna (or Marconi antenna)}

(11)

Antena Monopole

Antena sederhana yang disusun dari satu batang/lempeng bahan konduktor

(12)

Antena Yagi

Antena directional yang disusun dari

rangkaian elemen dipole sebagai driven element dan satu refektor

(13)

Antena Parabolic

Antena directional dengan memanfaatkan refektor berbentuk parabolik

(14)

Antenna Gain

Keluaran power, pada arah tertentu, dibandingkan dengan keluaran yang

dihasilkan ke semua arah pada kondisi ideal (antena isotropic)

• G = antenna gain

• Ae = effective area, berhubungan dengan ukuran dan bentuk fisik antena

(15)

(16)

Contoh

Diketahui sebuah antena refektif

parabolik dengan diamater 2m. Beroperasi pada frekuensi 12 Ghz. Berapa area efektif dan antenna gain-nya?

(17)

(18)

Model Propagasi

Ground-wave propagation

Sky-wave propagation

(19)

Ground Wave Propagation

Propagasi mengikuti kontur bumi

Sinyal dapat dipropagasikan untuk jarak yang jauh

Untuk frekuensi di bawah 2 MHz

Contoh

(20)

(21)

Sky Wave Propagation

Sinyal dipantulkan dari lapisan terionisasi pada atmosfer ke bumi

Sinyal dapat berjalan melewati beberapa hop, memantul antara ionosfer dan

permukaan bumi

Efek pemantulan diakibatkan oleh refraction

Examples

(22)

(23)

Line-of-Sight Propagation

Antena transmitter dan receiver harus berada pada posisi Line of Sight (LOS)

 _{Komunikasi satelit}_{– sinyal di atas 30 MHz tidak} dipantulkan oleh ionosphere

 _{Komunikasi pada ground}_{– antar antena pada}

effective line of site karena refraction

Refraction – pembelokan microwaves oleh atmosphere

 _{Kecepatan gelombang electromagnetic adalah} fungsi kepadatan medium medium

 _{Kecepatan 3x10}8 adalah kecepatan cahaya pada

ruang hampa

 _{Ketika gelombang berpindah medium, kecepatan} berubah

(24)

(25)

Rumus Line-of-Sight

Optical line of sight

Efective, or radio, line of sight

• _d_{= distance between antenna and horizon}

(km)

• h = antenna height (m)

• K = adjustment factor to account for refraction, rule of thumb K = 4/3

h

d

_

3 .

57 h

(26)

Line-of-Sight Equations

Maximum distance between two antennas for LOS propagation:

• h1 = height of antenna one

• h2 = height of antenna two



1 2



57 .

(27)

Contoh

Berapa jarak maksimum antara dua antena dalam transmisi LOS jika antena transmitter tingginya 100m dan antena receiver pada ground level?

 _{= 3.57 x sqrt(133) = 41km}

Jika antena receiver tingginya 10m, untuk

mencapai jarak maksimum yang sama, berapa tinggi antena transmitter seharusnya?

(28)

(29)

Gangguan pada Transmisi LOS

Attenuation and attenuation distortion

Free space loss

Noise

Atmospheric absorption

Multipath

Refraction

Thermal noise

(30)

Attenuation / Pelemahan

Kekuatan sinyal cenderung menurun seiring bertambahnya jarak antara transmitter dan receiver

Faktor pelemahan pada unguided media:

 _{Sinyal yang diterima harus mempunyai kekuatan}

yang cukup agar dapat diinterpretasi oleh receiver

 _{Kekuatan sinyal harus lebih tinggi dari noise untuk}

meningkatkan rasio SNR

 _{Efek pelemahan lebih besar seiring dengan besarnya}

frekuensi yang dipakai

(31)

Free Space Loss pada Antena Isotropic

Pelemahan sinyal seiring dengan jarak pada transmisi LOS

Free space loss, ideal isotropic antenna

• Pt = signal power at transmitting antenna • Pr = signal power at receiving antenna • _ = carrier wavelength

• d = propagation distance between antennas

(32)

Free Space Loss (Decibel)

Free space loss equation can be recast:

(33)

Free Space Loss pada Antena Lain

Free space loss accounting for gain of other antennas

• Gt = gain of transmitting antenna

• Gr = gain of receiving antenna

• _A_t_{= effective area of transmitting antenna} • Ar = effective area of receiving antenna

(34)

Free Space Loss pada Antena Lain (Decibel)

Free space loss accounting for gain of other antennas can be recast as

(35)

Jenis-Jenis Noise

Noise internal

 _{Thermal Noise}

Noise Eksternal (Interferensi)

 _{Intermodulation noise}  _Crosstalk

(36)

Thermal Noise

Jenis noise yang diakibatkan oleh perubahan suhu perangkat

 _{Perubahan suhu diakibatkan oleh aktiftas elektron}

Ada pada semua perangkat elektronik dan semua jenis transmisi

Tidak bisa dihilangkan

(37)

Thermal Noise

Amount of thermal noise to be found in a bandwidth of 1Hz in any device or

conductor is:

• N0 = noise power density in watts per 1 Hz of bandwidth

• k = Boltzmann's constant = 1.3803 ´ 10-23 J/K

• T = temperature, in kelvins (absolute temperature)



W/Hz



k

0

T

(38)

Thermal Noise

Thermal noise independen terhadap frekuensi

Thermal noise pada bandwidth B Hertz (in watts):

or, in decibel-watts

(39)

Terminologi Noise

Intermodulation noise – terjadi jika sinyal dengan frekuensi berbeda dilewatkan

medium yang sama

 _{Disebut juga sebagai adjacent channel} interference

Crosstalk noise – terjadi jika sinyal dengan frekuensi yang sama saling ber-interferensi

 Disebut juga co-channel interference

Impulse noise – irregular pulses

 _{Durasi pendek}

(40)

Expression

E

_b

/

N

₀

Ratio of signal energy per bit to noise power density per Hertz

The bit error rate for digital data is a function of E_b/N₀

 Given a value for Eb/N0 to achieve a desired error rate,

parameters of this formula can be selected

 As bit rate R increases, transmitted signal power must increase to maintain required Eb/N0

(41)

Gangguan Lain

Atmospheric absorption – penguapan air dan oksigen berperan pada

attenuation/pelemahan

Multipath – sinyal dipantulkan oleh benda sehingga beberapa copy dari sinyal

dengan delay berbeda diterima oleh receiver

(42)

(43)

Multipath Propagation

Refeection/Pemantulan - terjadi ketika

sinyal mengenai penampang yang lebih besar dari panjang gelombang

Difraection/Penguraian - terjadi pada

tepi sebuah benda tak tembus yang lebih besar dari panjang gelombang

Secattering/Penghamburan – terjadi

ketika sinyal mengenai benda yang

(44)

Efek Multipath Propagation

Multiple copy dari sebuah sinyal dapat diterima dengan fase yang berbeda

 _{Jika fase yang datang destruktif, maka sinyal cenderung}

melemah

Intersymbol interference (ISI)

 _{Satu atau lebih sinyal tertunda diterima bersamaan pada}

(45)

Fading

Fading  fuktuasi dari pelemahan sinyal yang mempengaruhi kekuatan sinyal saat diterima pada penerima

Fading terjadi karena interferensi atau

superposisi gelombang multipath yang memiliki amplitudo dan fasa yang berbeda-beda

Jenis fading:

 _{Fast fading}

 _{Slow fading}

 _{Flat fading}

(46)

Jenis Fading

Fast Fading  perubahan amplitudo yang cepat ketika mobile terminal bergerak dalam jarak

pendek. Hal ini terjadi karena refeksi dari objek lokal dan pergerakan user dari objek.

Slow Fading  terjadi karena refeksi dan difraksi objek yang besar sepanjang jalur transmisi.

(47)

Jenis Fading (lanj.)

Flat Fading  seluruh komponen frekuensi sinyal yang diterima berfuktuasi dalam

proporsi yang sama secara bersamaan

Selective Fading  channel gain bisa

(48)

Distribusi Fading

Rayleigh Fading

 _{Terjadi ketika ada beberapa jalur tidak langsung antara}

transmitter dan receiver serta jalur dominan yang berbeda, seperti jalur Line of Sight

 _{Worst case}

 _{Outdoor setting}

Rician Fading

 _{Terjadi ketika ada jalan langsung Line of Sight selain}

sejumlah multipath signal yang tidak langsung

 _{Best case}

(49)

(50)

Mekanisme Kompensasi Error

Forward error correction

Adaptive equalization

(51)

Forward Error Correction

Transmitter menambahkan error-correcting code pada data block

 _{Code is a function of the data bits}

Receiver melakukan penghitungan

error-correcting code dari data bits yang diterima

 _{Jika code yang dihitung sesuai, berrati tidak ada} error

 _{Jika error correcting code tidak sesuai, receiver} menetukan bit yang error dan melakukan

(52)

Adaptive Equalization

Can be applied to transmissions that carry analog or digital information

 Analog voice or video

 Digital data, digitized voice or video

Used to combat intersymbol interference Involves gathering dispersed symbol

energy back into its original time interval Techniques

 _{Lumped analog circuits}

 _{Sophisticated digital signal processing}

(53)

Diversity Techniques

Diversity is based on the fact that individual channels experience

independent fading events

Space diversity – techniques involving physical transmission path

Frequency diversity – techniques where the signal is spread out over a larger

frequency bandwidth or carried on multiple frequency carriers

(54)