Contents. Teorema Resiprositas Carson. Teorema Daya dan Intensitas Radiasi. Diagram Arah Antena dan Beamwidth

(1)

(2)

(3)

1

Teorema Daya dan Intensitas Radiasi

2

Diagram Arah Antena dan Beamwidth

3

Formula Friss

7

Polarisasi Antena

6

Directivitas, Efisiensi, dan Gain Antena

5

Frekuensi Kerja, Impedansi, VSWR, BW

(4)

1

2

3

Formula Friss

7

4

5

(5)

Teorema Resiprositas Carson

Untuk membuktikan bahwa karakteristik antena sebagai

pemancar juga berlaku pada antena sebagai penerima

.

Asumsi dasar

~

_~

~

_~

B I A V A I B V A V V Z 1 I 1 Z Z₂ IB 3 Z I Z I Z A I Z₁ Z₂ 3 Z 2 I B V

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

(6)

Teorema Resiprositas Carson

 Z_V  Z_A sebagai syarat, misalkan Z_V  Z_A 0

 Dari gambar (a) :

)] Z // Z ( Z [ V I 3 2 1 A 1   ) ( . 1 3 3 2 2 1 3 3 2 3 1 Z Z Z Z Z Z Z V Z Z Z I I_B A       Dari gambar (b) : )] // ( [ ₂ ₁ ₃ 2 Z Z Z V I B   ) ( . 1 3 3 2 2 1 3 3 1 3 2 Z Z Z Z Z Z Z V Z Z Z I I_A B     

 Jadi jika

V

_A



V

_B _{, maka}I_A  I_B

Teorema Carson menyatakan bahwa,

Untuk medium transmisi yang homogen dan

isotropis,

Jika suatu tegangan 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

(7)

Parameter/Karakteritik Antena

Karakteristik Medan Jauh (Far Field)

Antena :

 Diagram arah / Pola Radiasi

 Lebar berkas / Beamwidth

 Direktivitas

 Gain

 Polarisasi

Karakteristik Medan Dekat (Near Field) Antena :

 Impedansi Antena, Return Loss, VSWR  Bandwidth Antena  Efisiensi Antena R2 R1 L 2 1 3 l  2L2 R

 Daerah 1 : Daerah antena, benda-benda didaerah ini saling mempengaruhi dengan antena (

impedansi dan pola pancar )

 Daerah 2 : Daerah medan dekat / daerah Fresnell, di daerah ini medan listrik dan magnet belum transversal penuh

 Daerah 3 : Daerah medan jauh/daerah fraunhover, di daerah ini, medan listrik dan magnet transversal penuh daan keduanya tegaklurus terhadap arah

(8)

1

2

3

Formula Friss

7

Aperture Antena

6

5

4

(9)

Impedansi,Frekuensi Kerja, dan Bandwidth

Impedansi antena adalah impedansi pada terminal antena atau rasio tegangan

terhadap arus pada terminal atau perbandingan komponen medan E dengan komponen medan H pada terminal antena

A A A b a

Z

R

jX

Z

antena

pedansi







Im

L r A

R





Radiation resistance proportional dengan besarnya daya yang di radiasikan oleh antena Loss resistance/Ohmic resistance proportional dengan besarnya daya yang diserap oleh

bahan antena dan diubah menjadi panas

Z_A = antenna impedance at terminals a –b (ohms) R_A = antenna resistance at terminals a –b (ohms) X_A = antenna reactance at terminals a –b (ohms) Rr = radiation resistance of the antenna

RL = loss resistance (Ohmic Resistance) of the antenna

(10)

FREKUENSI RESONANSI/FREKUENSI KERJA ANTENA adalah frekuensi Operasi

antena dimana antena bekerja paling optimum (amplitudo gelombang yang diradiasikan oleh antena pada frekuensi tersebut paling besar diantara frekuensi lainya)

 Antenna dapat dimodelkan sebagai rangkaian “tune Circuit” yang memiliki komponen

Resistansi(R), Induktansi(L) dan Kapasitansi (C)

Berhubungan dengan Impedansi Antena

 Frekuensi resonansi adalah frekuensi antena dimana kapasitansi dan induktansi saling menghilangkan, sehingga impedansi antena bersifat resistif murni

R etu rn L o ss(d B )       _     C L j R jX R Z A A A A   1

Frekuensi resonansi adalah

frekuensi yang menghasilkan bagian reaktansi = 0

(11)

2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 Freq [GHz] -25.00 0.00 25.00 50.00 75.00 R e tu rn L o ss( d B)

Ansoft LLC _{Return Loss-Impedance Graph} design

Return Loss Re{Impedance} Im{Impedance} Curve Info dB(St(innerCoax_T1,innerCoax_T1)) Setup1 : Sw eep1 re(Zt(innerCoax_T1,innerCoax_T1)) Setup1 : Sw eep1 im(Zt(innerCoax_T1,innerCoax_T1)) Setup1 : Sw eep1

(12)

IMPEDANCE BANDWIDTH adalah rentang frekuensi antara frekuensi

bawah dengan frekuensi atas pada suatu gelombang termodulasi yang dibatasi oleh VSWR atau Return Loss tertentu

L H

F

ABW









100% 2     L H L H F F F F FBW

1 :

L H

F

FBW



Untuk Bandwidth ≤ 100% Untuk Bandwidth ≥ 100% VSWR adalah perbandingan

antara tegangan maksimum dan minimum pada suatu gelombang berdiri akibat adanya pantulan gelombang yang disebabkan tidak

matching-nya impedansi input antena dengan saluran feeder

max min 1 ( ) 1 ( ) z V VSWR V z       Dimana adalah koefisien pantul ( )z 

(13)

Mhz

Ghz

F

Bandwidth

Absolute

ABW

(

)



_H



_L



0 ,

059 

59 







100% 2,5% 2 3798 , 2 4388 , 2 3798 , 2 4388 , 2 % 100 2          L H L H F F F F FBW 2.33 2.36 2.38 2.40 2.43 2.46 2.48 2.50 Freq [GHz] 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 VS W R t(i n n e rC o a x_ T 1 ) Ansoft LLC _VSWR design m1 _m2 Curve Info VSWRt(innerCoax_T1) Setup1 : Sw eep1 Name X Y m1 2.3798 2.0381 m2 2.4388 2.0030

Name Delta(X) Delta(Y) Slope(Y) InvSlope(Y) d( m1,m2) 0.0590 -0.0351 -0.5941 -1.6833

(14)

dB

Loss

turn

20 log

_v

9 ,

5 Re









3

1

1 















_v v v

VSWR

2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 Freq [GHz] -22.50 -20.00 -17.50 -15.00 -12.50 -10.00 -7.50 -5.00 -2.50 0.00 R e tu rn L o ss( d B)

Ansoft LLC _{XY Plot 1} design

m1 _m2 Curve Info dB(St(innerCoax_T1,innerCoax_T1)) Setup1 : Sw eep1 Name X Y m1 2.3782 -9.6291 m2 2.4402 -9.8766

Name Delta(X) Delta(Y) Slope(Y) InvSlope(Y) d( m1,m2) 0.0621 -0.2475 -3.9875 -0.2508

Return Loss

(15)

Multi Band Antenna

Ultra Wide Antenna

(16)

Impedansi,Frekuensi Kerja, dan Bandwidth

LATIHAN

 Jika batas return loss yang diperbolehkan adalah -10 dB, maka bandwidth

antenna yang memiliki grafik karakteristik seperti

gambar disamping adalah__________%  Jika return loss terendah

terdapat pada frekuensi 5,3 Ghz sebesar -23 dB, maka VSWR antena pada

frekuensi tersebut

(17)

1

2

3

Formula Friss

7

4

5

(18)

Dasar Pemahaman

 Konsep Sumber Titik

Konsep sumber titik berguna dalam lebih memudahkan perhitungan mengenai daya terima, pada medan jauh / tempat yang jauh. Antena dianggap sebagai sumber titik karena dimensinya adalah jauh lebih kecil dari jarak antara antena pengirim dengan titik observasi.

Syarat antena sebagai sumber titik

 mempunyai medan jauh transversal  Medan magnet tegak lurus medan listrik  Rapat daya P (arus daya) yang menembus bidang bola observasi mengarah radial keluar semuanya

 Dengan ekstrapolasi, semua rapat dayanya berasal dari volume yang sangat kecil atau titik O, tidak bergantung pada dimensi fisiknya z y x O r sin q.df r.dq dS = r2_sinq_.dq_.df r Pr

(19)

Dasar Pemahaman

Gelombang EM yang dipancarkan suatu sumber

akan merambat ke segala arah.

Jika jarak antara pengirim dan penerima sangat jauh (d >> ), maka sumber akan dapat dianggap sebagai sumber titik dan muka gelombang akan berbentuk suatu bidang datar.

Muka gelombang adalah titik-titik yang memiliki

fasa yang sama.

Amplitude medan pada bidang muka gelombang

untuk medium propagasi yang serbasama adalah bernilai sama pula, karena itu disebut sebagai gelombang uniform / serbasama

muka gelombang hampir berbentuk bidang datar

(20)

Teorema Daya dan Intensitas Radiasi

z

y

x

O

r sin

q

.d

f

r.d

q

dS = r

2

sin

q

.d

q

.d

f

r

P

r



Antena, sumber dianggap titik dan ditempatkan di O



P

r

_r

radial keluar pada setiap titik bola



P

_r



dS

 Konsep Daya

Antena Isotropis

• Antena isotropis hanya ada secara hipothetical (teoritis)

• Pada dasarnya semua antena tidak ada yang memiliki

pancaran sama kesegala arah (unisotropic)

(21)

Teorema Daya dan Intensitas Radiasi

Persamaan Gelombang EM pd medan jauh/Plane

Wave di ruang bebas

x z j

a

e

E

z

E

r

(

)



₀ 



ˆ

















y _x z t j t j

a

z

t

E

a

e

E

e

z

E

t

z

E

ˆ

cos

ˆ

Re

)

(

Re

)

,

(

0 0





  







r

Persamaan medan Listrik dalam bentuk phasor / dalam ruang

Persamaan medan listrik dalam ruang dan waktu (riil time)



t

z



a

_y

E

t

z

H

(

,

)

0

cos





ˆ







r





377 intrinsik

impedansi

0 0 0 0







H

E

(22)

Teorema Daya dan Intensitas Radiasi

Vektor Pointing dan teorema daya

H

E

P

r



r



r



 











2 2 2 0 2 0

ˆ

2

2 cos

ˆ

cos

m

Watt

a

z

t

E

a

z

t

z

t

E

H

E

P

z x z x Z





























r

Daya Rata-Rata :

2

0

0 ,

2

1 m

Watt

E

dt

P

T

P

T

z

av

z

r









(23)

Teorema Daya dan Intensitas Radiasi

Penurunan rumus,

Jika medium antara antena (bola) tidak meredam, juga tidak menyerap daya, berdasarkan hukum kekekalan energi, maka :

Daya yang dipancarkan sumber = Daya total yang menembus bola

Dinyatakan,

 





 



0 2 0 r S r

.

d

S

P

.

dS

P

W

r

dimana,

P_r = rapat daya pada bola

dS = elemen luas = r2._sinq_.dq_.df

W = daya yang dipancarkan antena

z y x O r sin q.df r.dq dS = r2 sin q.dq.df r

P

r

(24)

Teorema Daya dan Intensitas Radiasi

r 0 2 0 2 2 r S r i

P

.

d

S

P

.

r

.

sin

.

d

.

d

4 r

.

P

W



 

 





f

q



r

Sehingga,

Maka,

2

4 r

W

P

_r



_

Penurunan Rapat Daya

 Disimpulkan bahwa rapat daya berbanding terbalik

dengan r

2

!!

Jika O adalah sumber isotropis, maka Pr (rapat daya) akan konstan untuk r konstan

(25)

Teorema Daya dan Intensitas Radiasi

Radian (rad) dan Steradian (sr)

1 Lingkaran Penuh :

 Keliling = 2πr

 Sudut Satu Lingkaran Penuh = 2 rad r r 2 _ _ rad rad rad jadi 01745 , 0 2 1 3 , 57 2 360 1 360 2             1 Bola Penuh :

 Luas Kulit Bola = 4πr2

 Sudut Ruang Satu Bola Penuh

2 2 2 2 deg 41253 4 3 , 57 3 , 57 ) rad ( sr 4 r r 4 _ _ _ _ _ __    2 2 2 2 00031 , 0 deg 1 deg 3 , 3283 4 41253 1 1 rad sr rad jadi      

(26)

Teorema Daya dan Intensitas Radiasi

Intensitas Radiasi (U)

Intensitas Radiasi = daya per satuan sudut ruang



4 .

r

2

W

P

U

_o



_r



Didefinisikan,

Dengan berbagai definisi di atas, maka dapat dituliskan ekspresi daya sebagai fungsi dari intensitas radiasi sbb :

 

 

q

f



 





0 2 0 0 2 0

d

.

U

d

.

d

.

sin

.

U

W

dimana, d = sinq.dq.df

Dari ekspresi diatas, dapat disimpulkan bahwa, Daya yang dipancarkan = integrasi intensitas radiasi untuk seluruh sudut ruang 4

Untuk ISOTROPIS : W = 4.Uo [ Uo dalam Watt / radian2 _]

: W = 41253.Uo [ Uo dalam Watt / deg2 _]

(27)

Teorema Daya dan Intensitas Radiasi

Sebuah antena isotropis memancar di ruang bebas. Pada jarak 175 m dari antena tersebut, diperoleh medan listrik 25 volt/m Hitunglah :

(a) rapat daya (Pr)

(b) daya yang diradiasikan oleh antena (W) (c) Intensitas Radiasi Antena (U)

(28)

1

2

3

Formula Friss

7

4

5

(29)

Diagram Arah Antena

Diagram arah menunjukkan karakteristik pancaran antena ke

berbagai arah (pattern), pada r konstan, jauh, sebagai fungsi q dan f

Macam-macam diagram arah

Menurut besaran

Menurut skala

 Diagram arah Medan (listrik, magnet)  Diagram arah Daya ( P, U )

 Diagram arah Fasa

 Diagram arah absolut (dalam besarannya)  Diagram arah relatif ( terhadap referensi )

(30)

(31)

Diagram Arah Antena

Em f = 0 _Um Eq U q = 0 _q_{= 0} 1 q = 0 0 dB -3 dB B

Diagram arah absolut

Diagram arah relatif Diagram arah normal

Diagram arah sebenarnya 3 dimensi, tetapi biasa digambarkan sebagai 2 dimensi, yaitu 2 penampangnya saja yang saling tegakl urus berpotongan pada poros mainlobe

 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

(32)

Diagram Arah Antena

Plot Polar pola daya radiasi

(33)

Diagram Arah Antena

(a) Lobe-lobe radiasi antena (pola pancar 3D) (b) Plot linear pola daya radiasi

(34)

Diagram Arah Antena

Diagram Arah Yang direpresentasikan secara matematis

        Lainnya Untuk dan Untuk U U 0 2 0 0 . 1 0 q            Lainnya Untuk dan Untuk U U 0 2 0 2 / 0 . 2 0 q        _ _ _ _  Lainnya Untuk dan Untuk Cos U U m 0 2 0 2 0 . 3    q q         Lainnya Untuk dan Untuk Cos U U m 0 2 0 0 . 4 q q            Lainnya Untuk dan Untuk Sin U U m 0 2 0 0 . 5 q q            Lainnya Untuk dan Untuk Sin U U m 0 0 0 sin . 6 2 q    q     _q _ __q__  ___ 

 U sin cos Untuk0 dan 2 3 2

U . 7

2 m

(35)

Beamwidth Antena



Luas Berkas / Lebar Berkas/ Beamwidth

Adalah sudut ruang yang mewakili seluruh daya yang dipancarkan, jika intensitas radiasi = intensitas radiasi maksimum

atau,

Seolah-olah antena memancar hanya dalam sudut ruang B dengan intensitas radiasi uniform sebesar Um  W = B.Um

1/2

f_1/2 q_1/2

Jika fungsi diagram arah intensitas radiasi dinyatakan oleh :

Um = Ua. f(q,f)_maks

U = Ua.f(q,f) dimana Ua adalah konstanta

Untuk intensitas maksimum dinyatakan oleh :



f

q

f

q



f

q



f

q





d

)

,

(

f

)

,

(

f

)

,

(

f

d

).

,

(

f

Um

W

B

maks maks

 

 

    q f   0 2 0 0 2 0 d , f . Ua d . U W

(36)

Beamwidth Antena

Perhitungan Direktivitas Dengan Cara Pendekatan Lebar Berkas

60° (eg)

Peak

Peak - 3dB

(37)

Beamwidth Antena

2 (dua) kasus A. Fungsi sederhana • Unidirectional • Direktivitas  10

B. Fungsi tidak sederhana

Selesaikan dengan cara pendekatan

dimana q_1/2 dan f_1/2 adalah beamwidth menurut 2 bidang  melalui sumbu mainlobe

Selesaikan dengan cara matematis !!



f

q

f

q



f

q



f

q





d

)

,

(

f

)

,

(

f

)

,

(

f

d

).

,

(

f

B

maks maks 1/2 f_1/2 q_1/2 B = q_1/2 . f_1/2

(38)

Beamwidth Antena

LATIHAN 1 -13.00 -12.00 -11.00 -10.00 -9.00 -8.00 -7.00 -6.00 -5.00 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 90 60 30 0 -30 -60 -90 -120 -150 -180 150 120

Ansoft LLC _{Radiation Pattern 1} HFSSModel1

Curve Info dB10normalize(rETotal) Setup1 : LastAdaptive Freq='10GHz' Phi='0deg' -13.00 -12.00 -11.00 -10.00 -9.00 -8.00 -7.00 -6.00 -5.00 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 90 60 30 0 -30 -60 -90 -120 -150 -180 150 120

Ansoft LLC _{Radiation Pattern 1} HFSSModel1

Curve Info dB10normalize(rETotal) Setup1 : LastAdaptive Freq='10GHz' Phi='90deg'

HPBW dari antena yang memiliki power pattern seperti diatas sebesar___________________deg2

(39)

Beamwidth Antena

Hitunglah Beamwidth Antena yang memiliki persamaan intensitas radiasi berikut dengan cara Matematis:

U = Um.cos

q

; 0



q





/2 & 0



f



2 

0 ;

q

,

f

lainnya

(40)

Beamwidth Antena

Solusi

 

f

















_q



f

q



f

q



   _  _



 

.

Um

2 .

2

1 .

Um

sin

2

1 Um

d

sin

cos

Um

d

.

d

.

sin

cos

.

Um

W

)

a

2 0 2 0 2 2 0 2 0 2 0 2 0 B = W/Um = 

q



q



d

cos

du

sin

u

q



q



  2 2 2 0 2 0

sin

2

1 u

2

1 du

u

d

sin

cos

(41)

1

2

3

Formula Friss

7

6

5

4

(42)

Directivitas, Efisiensi, Gain Antena

 Direktivitas

Merepresentasikan ‘pengarahan’ antena, semakin besar direktivitas dapat diartikan bahwa lebar berkasnya semakin sempit

Didefinisikan :

rata

Rata

Radiasi

Intensitas

Maksimum

Radiasi

Intensitas

Uo

Um

D







Atau, 2 2 Eo Em Po Pm 4 4 x Uo Um D     

 directivity of an antenna deﬁned as “the ratio of the radiation intensity in a given direction from the antenna to the radiation intensity averaged over all directions”

 If the directionis not speciﬁed, the direction of maximum radiation intensity is implied.”

(43)

Directivitas, Efisiensi, Gain Antena



Hubungan Directivitas dengan Beamwidth

Uo

4 W





dan

W



Um

.

B

4 Uo

Um

D







 The directivity of an isotropic source is unity since its power is radiated equally well in all directions

 For all other sources, the maximum directivity will always be greater than unity Catatan : Can The directivity be smaller than unity ???

(44)

Directivitas, Efisiensi, Gain Antena

Contoh 1 : Penghitungan direktivitas dengan cara eksak:

Pers. diagram arah

U = Um.cos

q

; 0



q





/2 & 0



f



2 

0 ;

q

,

f

lainnya

 

 

f

q



2 0 2 0

d

.

d

.

sin

cos

.

Um

W

Solusi,







 

  _

f

q





f

q







2 0 2 0 2 2 0 2 0

cos

2 Um

d

)

(cos

d

cos

.

Um

W

D = 4/B = 4/  = 4 = 6 dB

Um

.





B = W/Um = 

(45)

Directivitas, Effisiensi, Gain Antena

Contoh 2 : Menghitung D dengan pendekatan lebar berkas

U = Um.cos

6

_q

_{; 0}

_

_q

_

_

_{/2 dan 0}

_

_f

_

₂

_

2 1 q 4 1 q 2 1 2 1 1

f

½ Um = Um.cos

6

q

1/4 o 6 1 4 / 1



cos

1 ₂



27 ,

01 q





q

_1/2

= 2 x

q

_1/4

= 54,02

o

3 ,

14 )

02 ,

54 (

)

3 ,

57 (

4 .

4

2 2 2 / 1 2 / 1







_o o

D



f

q



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 !

(46)

Directivitas, Effisiensi, Gain Antena

 Gain (penguatan)

K-4

Wi Wo

 Gain of an antenna (in a given direction) is deﬁned as “the ratio of the intensity, in a given direction, to the radiation intensity that would be obtained if the power accepted by the antenna were radiated isotropically.

 gain of the antenna is closely related to the directivity, it is a

measure that takes into account the efﬁciency of the antenna as well as its directional capabilities.

 Gain  Relative Gain, Absolute Gain

terima)

(daya

input

daya

total

radiasi

intensitas

4 W

U

4 Gain

in







(47)

Directivitas, Effisiensi, Gain Antena

 Gain (penguatan)

Didefinisikan,

sama input daya dengan referensi antena maks radiasi intensitas antena suatu maks radiasi intensitas Umr Um G   Macam-macam referensi :  Isotropis, _eff = 100%  dipole ½ l  horn, dll sama input daya dengan rugi isotropis antena maks radiasi intensitas antena suatu maks radiasi intensitas tanpa   Umr Um G

Untuk referensi antena isotropis,

(48)

Ilustrasi Gain

Directivitas, Effisiensi, Gain Antena

Dipole

Ideal radiating dot source (lossless radiator)

0dBd = 2.15 dBi

Satuan: dBd and dBi

(49)

Efficiency Antena

Directivitas, Effisiensi, Gain Antena

source W in W reflect W rad W

Loss karena MissmatchReflection Efficiency

Loss karena Diserap

Bahan/material(Conductor atau

dielectrik) AntenaRadiation

Efficiency 0 0 Z Z Z Z in in v _          1 1 VSWR

 

2 2 0 1 1 1 Z Z P P P in v p p r               % 100      L r r L r r cd R R R R R beban dengan dikirim yang Power R beban dengan dikirim yang Power  cd r total eff



₍ ₎





(50)

Directivitas, Effisiensi, Gain Antena

Hubungan antara gain dengan directivitas

D

.

G





_eff

Jika



_eff

= 100% ( Isotropis ),

 Gain = Direktivitas

According to the IEEE Standards, “gain does not include losses

arising from impedance mismatches (reﬂection losses) and polarization mismatches (losses).”

D

G





_cd

.

Absolute Gain

D

G

_abs





_r

.



_cd

.

(51)

Directivitas, Effisiensi, Gain Antena

Suatu antena memiliki impedansi terminal 100-J54 Ω dan memiliki resistansi Loss sebesar 20 Ω kemudian antenna dicatu menggunakan saluran transmisi dengan impedansi karakteristik 50 Ω, maka efisiensi radiasi sebesar_________________% dan efisiensi refleksi

sebesar____________________%

(52)

1

2

3

Formula Friss

7

Aperture Antena

6

5

4

(53)

Polarisasi

 Merupakan Arah Orientasi dari vektor medan Listrik (E)  Ingat kembali persamaan medan E

 Jenis –jenis polarisasi : Linear, Circular (RHCP, LHCP), Ellips



t

z



a

_x

E

t

z

E

r

(

,

)



₀

cos







ˆ



_x



_x _y



_y



_y x

t

z

a

E

t

z

a

E

t

z

E

r

(

,

)



₀

cos









f

ˆ



₀

cos









f

ˆ

Arah getar medan E tetap

Persamaan umum :Arah getar medan E berubah-ubah Polarisasi Linear .... 3 , 2 , 1 , 0 , 0 ; 0 ; : ) ( 0 0 0 0           n n E nilainya ada E E nilainya ada E satu salah Syarat x y x y y x  f f f Polarisasi Circular









                 ... 3 , 2 , 1 , 0 , 2 2 1 ... 3 , 2 , 1 , 0 , 2 2 1 : 0 0 n n n n E E Syarat x y y x   f f f RHCP/CW LHCP/CCW

(54)

Polarisasi

Polarisasi Ellips









                 ... 3 , 2 , 1 , 0 , 2 2 1 ... 3 , 2 , 1 , 0 , 2 2 1 : 0 0 n n n n E E Syarat x y y x   f f f RHCP/CW LHCP/CCW

(55)

Polarisasi

Rotation of a plane electromagnetic wave and its polarization ellipse at z=0 as a function of time

Beberapa istilah berhubungan dengan polarisasi :  Skala Mayor  Skala Minor  Tilt Angle  Sense (CW, CCW) Axial Ratio      AR OB OA Axix Minor Axis Major RATIO AXIAL ,1 AR = 1 Polarisasi Circular AR =∞  polarisasi linear 1<AR< ∞  Polarisasi Elips

TILT ANGLE :adalah sudut yang diukur searah jarum jam antara sumbu reference (disini sumbu y) dengan major axis dari elips

(56)

Polarisasi Antena

Polarisasi Vertical

Polarisasi Horizontal

(57)

Polarisasi Antena

RHCP

LHCP

(58)

Polarisasi

Contoh :

untuk,

 = 60o_{ PLF = ¼  W}_R_{turun 6 dB}

 = 90o_{ PLF = 0  W}_R_{= 0}

 PLF sangat penting untuk komunikasi bergerak khususnya di ruang

angkasa. Manfaat lain yang justru positif adalah untuk penggandaan kanal frekuensi R

E

r

_a

r

_A ff Re

E

r



dimana,



R

E

r

vektor medan listrik datang



A

a

r

orientasi antena













2 2 A ER

a

cos

a

PLF

r

 Jika pemasangan antena Rx tidak sesuai dengan polarisasi gelombang, maka daya yang diterima akan lebih kecilterjad “polarization Missmatch”  Untuk orientasi yang sesuai, maka penerimaan

daya akan maksimum (polarisasi medan=polarisasi antena) Note : polarisasi antena dilihat saat

antena pada transmitting mode

 Jika polarisasi membentuk sudut φ dengan polarisasi antena, maka daya terima akan

mengalami penurunan yang dinyatakan dengan PLF

(Polarization Loss Factor) ER R R

E

a

E

r



r

E

A

E

A

a

A

r



(59)

Polarisasi

(60)

Polarisasi

(61)

1

2

3

Formula Friss

7

Aperture Antena

6

5

4

(62)

Konsep Aperture Antena

Konsep aperture antena berasal dari anggapan bahwa antena sebagai luas bidang yang menerima daya dari gelombang radio yang melaluinya A r W Hr Hr Hr Er Hr Hr Hr Er Er Er Er Er Pr Pr Pr

 Misalkan pada antena corong.

Rapat daya pada permukaan corong P (watt/m2_{). Jika mulut corong dapat}

menerima daya melalui mulut A semuanya, maka daya yang berhasil diserap oleh antena dari gelombang EM adalah :

W

r

=

P A

r r



_{= P.A cos}

_

dengan  adalah arah orientasi antena terhadap arah vektor rapat daya. Umumnya orientasi antena dibuat sesuai polarisasi gelombang, sehingga terjadi penerimaan maksimum (’ = 0)

 Jadi “ 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

(63)

Konsep Aperture Antena

Aperture

antena

P

W

A



_{(meter persegi)}

a. Aperture Efektif

b. Aperture Rugi-Rugi

c. Aperture Hambur

d. Aperture Pengumpul

e. Aperture Fisis

Jika suatu antena menerima daya, maka dapat dibayangkan

antena

seolah-olah mempunyai aperture yang luasnya

adalah daya tersebut

dibagi dengan rapat daya gelombang yang datang pada antena.

Dinyatakan :

(64)

Konsep Aperture Antena

I Antena dgn beban Rangkaian ekivalen

P

r

T

Z

A

Z

T

Z

V

Jika antena ditempatkan pada medan EM dan dibebani oleh beban

terminasi ZT . Untuk harga-harga rms

dari arus, tegangan, maka :

T A

Z

V

I





A A A

R

jX

Z





T T T

R

jX

Z





L r A

R





2 2

)

(

)

(

R

_r

R

_L

R

_T

X

_A

X

_T

V

I





Rr = tahanan pancar

RL = tahanan rugi ohmic antena

2 T A 2 T L r 2

)

X

(

)

R

(

R

V

W





R

I

W



2



2



T A 2 T L r 2

)

X

(

)

R

(

P

R

V

P

W

Aperture





(65)

Konsep Aperture Antena

Kasus-Kasus

A. Aperture Efektif

• R_T mewakili daya yang berguna bagi penerimaan, sehingga :



2



T A 2 T L r T 2 T

)

X

(

)

R

(

.

P

R

V

P

W

Ae





• Ae mencapai harga maksimum pada orientasi penerimaan maksimum ( = 0 ), tidak terjadi

cross polarisasi, matched ( ), dan tidak ada rugi-rugi ohmic antena ( R_L= 0 )

T 2 r 2 T

R

.

P

4 V

R

.

P

4 V

P

'

W

Aem



• Effectiveness Ratio (  ) , sering juga disebut sebagai efisiensi antena :

dengan 0







1 Aem

Ae





* A T

Z



(66)

Konsep Aperture Antena

B. Aperture Hambur (Scattereing Apperture)



2



T A 2 T L r r 2 S S

)

X

(

)

R

(

.

P

R

V

P

W

A





• R_r mewakili daya yang diradiasikan kembali ke ruang bebas

• Jika orientasi antena maksimum, tidak terjadi cross polarisasi, antena lossless , dan

MATCHED, maka : T r

P

R

V

R

P

V

As

.

4 .

4 '

2 2



As’ = apperture hambur matched

• SCATTERING RATIO, perbandingan hambur

Ae

As





0    

• Jika orientasi antena maksimum, tidak terjadi cross polarisasi, antena lossless , dan

Resonant Short Circuit (RSC), maka :

Aem

R

P

V

R

P

V

Asm

T r

4 .

.

2 2



(67)

Konsep Aperture Antena

E. Aperture Fisis ( Loss Apperture )

• 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 Ap _L d Ap = Ld

P

r

P

r

P

r

4 d Ap 2   4 D Ap 2  

• ABSORBTION RATIO : perbandingan antara apertur efektif maksimum

dengan apertur fisis

Ap

Aem



(68)

Konsep Aperture Antena

C. Aperture Rugi-Rugi ( Loss Apperture )

• R_L mewakili daya yang hilang sebagai panas, sehingga :



2



T A 2 T L r L 2 L L

)

X

(

)

R

(

.

P

R

V

P

W

A





D. Aperture Pengumpul (Collector Apperture )

• Apertur pengumpul adalah jumlah Ae, As, dan AL



2



T A 2 T L r T L r 2 C

)

X

(

)

R

(

.

P

)

R

(

V

A





(69)

Konsep Aperture Antena

Summary

P

r

T

Z

A Z A L r A

R

jX

Z



(



)



T T T

R

jX

Z





Pada kondisi umum:

1. Orientasi Antena Maksimum

2. Polarisasi Match/tidak terjadi cross polarisasi

Pada kondisi Tidak ada rugi-rugi ohmic (RL=0)

Pada kondisi ada rugi-rugi ohmic (RL≠0) MATCH (Rr=R_T)(X_A=-X_T) Ae=Aem As=Aem A_L=0 RSC (R_T=0)(X_A=-X_T) Ae=0 As=4Aem=Asm A_L=0 OC (R_T=∞)(X_T=∞) Ae=0 As=0 A_L=0 Ae=ada As=ada A_L=ada

(70)

Konsep Aperture Antena

Hubungan Apertur Dengan Direktivitas

• Hubungan apertur dengan direktivitas adalah berbanding lurus, dinyatakan :

2 1 2 1

Aem

D

_

• Jika ada rugi-rugi ohmic dan tidak MATCHED sempurna,

G = _eff. D 2 1 2 2 eff 1 1 eff 2 eff 2 1 eff 1 2 1

Ae

Aem

D

G

















_eff =  = EFECTIVENESS RATIO

• Untuk antena isotropis, D_iso = 1 , maka :

X iso X iso

Aem

D



X 2 X

Aem

4 D

l





_!!

Sehingga,

Aem isotropis diketahui dengan mengambil antena 2 adalah dipole pendek,

2 2 8 3 l   Aem _{dan D} 2 = 3/2 = 1,5  l 4 2  iso Aem

(71)

Konsep Aperture Antena

Hubungan Apertur Dengan Direktivitas

Antena

Aem

D

D (dB)

Isotropis

_l

2

_/(4



_{) = 0,79}

l

2

1

0 Dipole

pendek

3 l

2

/(8



) = 0,119

l

2

1,5

1,76

Dipole

l

/2

30 l

2

_/(73



_{) = 0,79}

l

2

1,64

2,14

X 2 X

Aem

4 D

l





Rumus di atas cukup penting untuk menghitung direktivitas

antena jika aperturnya diketahui !!

(72)

Content

1

2

3

Formula Friss

7

Aperture Antena

6

5

4

(73)

Tujuan



Menghitung transfer daya dari Tx ke Rx

Tx

Isotropis

Rx

• Asumsi / syarat :

a. Jarak Tx-Rx cukup jauh (pada medan jauh) ; b. Medium tidak meredam

c. Tak ada multipath dari refleksi

l  2L2 r

• Rapat daya pada penerima Rx, ( P

_r

) :

2 T r

r

4 W

P





R r R R T 2

r

4 W

Ae

.

P

W





dimana,

W_T = daya pancar pengirim

Ae_R = aperture efektif antena penerima W_R = daya yang diterima Rx

(74)

• Jika Tx memiliki direktivitas D_T, maka : 2 R T T R

r

4 Ae

W

.

D

W





2 T R R r R

r

4 W

Ae

.

P

W





Sehingga, 2 T R T R

r

4 D

.

Ae

W





T 2

Ae

T

4 D

l





2 2 T R T R

r

Ae

.

Ae

W

l



R T

W

• Perbandingan transfer daya dari Tx ke Rx untuk medan jauh,

medium tak meredam dan tak ada refleksi



T R

W

• Redaman lintasan (path loss) jika pada Tx dan Rx digunakan

antena referensi ( umumnya isotropis ) dan biasa dinyatakan dalam dB,

(75)

• Redaman Lintasan















R T

W

log

10 Lp

dB











 l



R T 2 2

Ae

.

Ae

r

.

log

10

dengan



l



4 Ae

Ae

2 R T ( isotropis )

























 















l





2 2 2 2

r

f

c

4 log

10 r

4 log

10

Lp = 32,5 + 20 log f_MHz + 20 log r_km Lp = 92,45 + 20 log f_GHz + 20 log r_km

• Redaman lintasan atau pathloss disebut juga dengan redaman ruang bebas /

FSL (free space loss), terjadi bukan karena penyerapan daya tetapi karena penyebaran daya

(76)

Soal

 Luas penampang antena parabola pada frekuensi 4.5 GHz

dengan directivity 35 dB, efisiensi 70%, dan absorbtion ratio 100% adalah ___________________

 Suatu antena conical horn memilki diameter 10 cm, dengan

efisiensi aperture (absorbtion ratio) 60%, memilki direktivitas sebesar...dB

 Dua buah antenna masing-masing memiliki aperture efektif

0,2 λ2_m2 dan 0,45 λ2_m2_{jika gain antenna pertama 8 dB, maka}

gain antenna kedua sebesar_______________dB

 Sebutkan syarat-syarat suatu antenna memiliki aperture

efektif maksimum!

 Antena dipole λ/2 dengan diameter 10 mm, dipasang vertikal terhadap arah rapat daya yang datang, tentukan aperture phisis antenna tersebut?

(77)

Soal

 Suatu link komunikasi LOS jarak 20 km beroperasi pada frekuensi 6 Ghz dan daya pemancar 5 watt. Redaman saluran transmisi pada transmitter dan pada receiver masing masing 5dB dan 3 dB dan receiver bekerja pada signal minimal -60 dBm.

a) Hitung redaman lintasan (path loss) hubungan link tersebut!

b) Jika antenna yang digunakan pada kedua site sama, berapakah luas aperture efektif antenna minimum yang dibutuhkan?

 Berapakah daya terima maksimum pada jarak 0,5 km pada freespace 1 Ghz jika perangkat transmitter yang digunakan memiliki gain antenna 25 dBi dan gain antenna receiver 20 dBi. input transmitter adalah 150 Watt?

(78)

(79)