Pemahaman dan rumus dasar antena 1

Pemahaman istilah

a. Gain dari sebuah antena dapat dihitung dengan rumus berikut ini:

G = (4πηA) / λ2

Dimana:

G = Gain

η = Efisiensi

λ = panjang gelombang

A = Daerah aperture fisik

Atau:

G = Xη / (BW BWθ)

Dimana:

BW BWθ adalah elevasi dan az beamwidth dalam derajat,

Untuk mendekati pola antena dengan:

  1. Rectangular, X = 41253, ηtypical = 0,7
  2. Elips, X = 52525, ηtypical = 0,55

Baca juga : Memahami jenis antena monopole

Baca Juga :  Bagaimana Cara Menghitung Lambda atau Panjang Gelombang?
Pola Radiasi Antena
Pola Radiasi Antena

b. Gain dari rectangular X-Band Aperture

G = 1,4 LW

Dimana:

G = Gain,

L = Panjang (length) dalam cm,

W = Lebar (width) dalam cm.

c. Gain dari Circular X-Band Aperture

G = d2η

Dimana:

d = diameter antena dalam cm,

η = efisiensi aperture.

c. Gain dari sebuah antena isotropik dalam pola uniform spherical (bola seragam) adalah satu (0dB).

d. Antena dengan beamwidth 20 memiliki gain seesar 20dB.

e. Beamwidth 3 dB adalah kurang lebih sama dengan sudut dari puncak power pada null pertama.

d. Beamwidth antena parabolic:

BW = 70λ / d

Dimana:

BW = eamwidth,

λ = panjang gelombang,

d = diameter antena.

Perhitungan antena berhubungan dengan gambar dibawah ini:

Azimuth dan Elevasi Beamwidth
Azimuth dan Elevasi Beamwidth

Baca juga : Cara men-stack antena Yagi

Dalam gambar diatas, BW adalah beamwidth azimut dan BWθ adalah beamwidth elevasi. Beamwidth biasanya diukur di pertengahan daya atau -3 dB titik lobus utama kecuali ada ketentuan lain.

Keuntungan atau disebut sebagai direktiviti sebuah antena adalah rasio intensitas radiasi dalam arah tertentu dengan intensitas radiasi rata-rata ke semua arah.

Sering antara directivity dan gain digunakan secara bergantian. Perbedaannya adalah bahwa directivity mengabaikan kerugian antena seperti dielektrik, resistensi, polarisasi dan kerugian VSWR. Kerugian ini di sebagian besar jenis antena cukup kecil, directivity dan gain menjadi kurang lebih sama dengan mengabaikan karakteristik pola yang tidak diinginkan.

Normalisasi pola radiasi dengan daya total terintegrasi menghasilkan directivity antena. Pemahaman ini ditampilkan dalam bentuk rumus, yaitu:

D (θ,ᶲ) 10 Log {[4πP(θ,ᶲ)] / ʃʃ Pin(θ,ᶲ) Sinθ dθ dᶲ} (Rumus 1)

0 <ᶲ 360

0 <θ 180

Dimana:

D (0,ᶲ) adalah directivity dalam dB, dan kekuatan pola radiasi dalam arah tertentu adalah Pd (0,ᶲ), yang dinormalkan dengan total terintegrasi oleh daya pemancaran.

Konsep lain yang penting adalah bahwa ketika sudut dimana radiasi tersebut batasnya berkurang maka directivity akan naik. Misalnya, menggunakan pemancar isotropik sebagai sumber, gain akan menjadi 0 dB dengan definisi gambar dibawah ini:

Isotropik Source
Isotropik Source

Baca juga : Antena Monopole dan Dipole dan cara Matching

Dan kerapatan daya (Pd) pada satu titik tertentu akan menjadi kekuatan (Pin) dibagi dengan luas permukaan dalam lingkup imajiner ‘R’, jarak dari sumber.

Dari sudut area tersebut menjadi menurun pada salah satu hemisphere (belahan bumi) seperti gambar berikut:

Hemisphere
Hemisphere

Daya yang terpancar (P) akan sama akan tetapi area akan menjadi setengah sehingga keuntungan akan berlipat ganda dengan 3 dB. Demikian juga jika sudutnya adalah quartersphere (bola kuartal), seperti gambar ini:

Quarter sphere
Quarter sphere

Baca juga : Jenis dan fungsi antena

Gain akan menjadi 6 dB, sementara pada gambar berikut menunjukkan pencil beam. Gain independen dari output aktual daya dan radius (jarak) dimana pengukuran dilakukan.

Bagaimanapun kenyataannya antena berbeda dan tidak memiliki distribusi radiasi yang ideal. Energi menjadi bervariasi dengan perpindahan sudut sementara kerugian terjadi karena sidelobes. Namun jika kita dapat mengukur pola dan menentukan beamwidth maka kita bisa menggunakan dua atau lebih model antena yang ideal agar mendekati pola antena yang nyata, seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini:

1,5 Segmen
1,5 Segmen

Dengan asumsi pola antena uniform (seragam), gain adalah sama dengan luas lingkup isotropik (4Br), 2 dibagi oleh sektor (cross section).

G = Area Sphere / Area pola antena (Rumus 2)

Hal ini menunjukkan bahwa:

G = 4π / BWᶲazBW0el (Rumus 3)

Atau:

G = 4π / ᶲθ (radians)

Dimana:

BWᶲaz = beamwidth azimut dalam radians,

BW0el = beamwidth elevasi dalam radians.

Dari hal itu, dua model yang berbeda akan nampak, yaitu:

  1. Aproksimasi pola antena menggunakan area elips (elliptical), dan
  2. Aproksimasi pola antena menggunakan area persegi (rectangular).

Baca juga : Karakteristik Antena

Approksimasi pola antena area elips

Area elips = πab = π[(r sinθ) / 2] = π r2 sinθ sinᶲ)/4

G = area sphere / area pola antena

G = (4 π r2) [4 / (π r2 sinθ sinᶲ)]

G = 16 / sinθ sinᶲ

Untuk sudut kecil, sinᶲ =ᶲ dalam radians, jadi:

G = 16 / sinᶲ sinθ

G = 16 / ᶲθ (radians)

G = 16 / ᶲθ [(360 360) / (2π 2π)]

G = 52525 / ᶲθ (derajat)

Atau:

G = 52525 / BW BWθ (derajat) (Rumus 4)

Istilah kedua dalam rumus diatas adalah sangat dekat dengan rumus (3), untuk radar yang terarah dengan beamwidth 1 dan efisiensi rata-rata 55%. Idealnya:

G = 52525, atau dalam bentuk dB = 10 log 52525 = 47,2 dB.

Dengan efisiensi yang diperhitungkan,

G = 0,55 (52525) = 28,888

atau dalam entuk log:

10 log G = 44,6 dB.

Baca juga : Antena Array (pengertian, dasar dan rumus)

Aproksimasi pola antena area persegi (rectangular)

A = r sinθ, b = r sinᶲ, area = ab = r2 sinθ sinᶲ

G = area sphere / area pola antena

G = 4πr2 / r2 sinθ sinᶲ

G = 4π / sinθ sinᶲ

Untuk sudut kecil, sinᶲ = ᶲ dalam radians, jadi:

G = 4π / sinθ sinᶲ

G = 4π / ᶲθ (radians)

G = 4π / ᶲθ [(360 360) / (2π 2π)]

G = 41253 / ᶲθ (derajat)

Atau:

G = 41253 / BW BWθ (derajat) (Rumus 5)

Istilah kedua dalam rumus diatas adalah identik dengan:

Mengubah ke dB:

Gmax (dB) = 10 Log [41253 / (BW BWθ)] (Rumus 6)

Untuk radar yang terarah dengan bemwidth 1 dan efisiensi rata-rata 70%, idealnya (dalam dB):

10 log G = 10 log 41253 = 46,2 dB

Dengan memperhitungkan efisiensi, maka:

G = 0,7 (41,253) = 28,877

Atau dalam bentuk log:

10 log G = 44,6 dB.

Berlanjut ke artikel selanjutnya: Pemahaman dan rumus dasar antena 2

Baca juga : Antena Yagi ( pengertian, elemen, desain dan matching)

Loading...
loading...
Dua tab berikut mengubah konten di bawah ini.
Saya bekerja di sebuah perusahaan Marine Service di Batam, aktivitas saya setiap hari selain melakukan kegiatan pokok di perusahaan juga menulis di blog, membangun web. Saya nge-blog sejak 2009 dan merupakan hobi sekaligus saya berbagi pengalaman.

Kirim Komentar

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *