Pemahaman dan Rumus Dasar Antena 2Abi Blog

Pemahaman dan Rumus Dasar Antena 2

Perbandingan antara model antena area elips (elliptical) dan area segi empat (rectangular)

Dengan menggunakan model rectangular ada korelasi langsung antara peningkatan gain antara Rumus 5 dengan Rumus 3 tentang gain ideal. Baca pada artikel seelumnya atau Klik DISINI

Model area elips memiliki sekitar 1 dB perbedaan dari perhitungan ideal, tapi akan menghasilkan gain antena riil yang sama ketika efisiensi yang sesuai diasumsikan.

Plot pada gambar dibawah ini menunjukkan tentang keuntungan pada penggunaan pola antena yang ideal bentuk elips. Plot yang dibawahnya menunjukkan gain dari antena riil khusus (model rectangular dengan menggunakan efisiensi 70% atau model elips menggunakan efisiensi 47%).

Sektor pengukur antena vs Gain
Sektor pengukur antena vs Gain

Baca juga : Memahami jenis antena monopole

Gain pada fungsi λ

Jika θ = 0, setiap sumber gelombang pada gambar dibawah adalah fase antara satu sama lain dan hasil maksimal pada arah tersebut.

Gain direksional vs Gain
Gain direksional vs Gain

Baca juga : Cara men-stack antena Yagi

Sebaliknya, null pada kedua lobus utama akan terjadi ketika gelombang memancar dari antena menahan satu sama lain. Null pertama kali terjadi ketika ada perbedaan fase λ/2 di bidang gelombang yang berasal dari aperture.

Untuk membantu menjelaskan secara visual proses yang terjadi, pertimbangkan setiap titik pada aperture antena, dari A ke C pada gambar di atas, sebagai sumber titik dari depan gelombang bulat (spherical).

Jika dilihat dari infiniti, gelombang elektromagnetik dari setiap titik mengganggu satu dengan yang lain, dan ketika pada arah tertentu θ, juga pada gambar diatas, masing-masing sumber gelombang memiliki titik yang sesuai yaitu satu setengah panjang gelombang keluar dari fase, null dihasilkan dari arah itu karena interferensi destruktif.

Masih pada gambar diatas, gelombang yang berasal dari titik A adalah keluar dari fase dengan gelombang dari titik B dengan satu setengah dari panjang gelombang. Oleh karena itu, titik tepat disebelah kanan dari titik A menahan / membatalkan dengan titik tepat disebelah kanan titik b, dan seterusnya diseluruh aperture. Oleh karena itu, null pertama dalam pola radiasi dihitung sebagai berikut:

Sinθ = λ/L

Dan:

θ = λ/L (untuk sudut kecil)

Karena sudut off boresight meningkat dari titik null pertama, maka intensitas pola radiasi akan naik kemudian turun hingga nilai null kembali tercapai. Hal ini terkait dengan perbedaan fasa dari dua panjang gelombang antara sebelah kiri dan sebelah kanan aperture.

Baca juga : Antena Monopole dan Dipole dan cara Matching

Dalam hal ini, dari hasil argument sebelumnya, kecuali aperture dibagi menjadi empat segmen (titik A membatalkan dengan setengah titik antara A dan B, dan seterusnya).

Sudut θ adalah sudut dari pusat (maksimum) dari pola radiasi ke null pertama. Null ke null lebar beam adalah . Umumnya, kita akan tertarik pada setengah daya beamwidht (3dB). Beamwidth ini sekitar satu setengah dari beamwidth null ke null, sehingga:

BW3dB (1/2) (2θ) = λ/L (Rumus 8)

Oleh karena itu, beamwidth adalah fungsi dari antena “L” dan sinyal panjang gelombang. Hal ini dapat dinyatakan sebagai berikut: (cat.: untuk antena melingkar (circular), L dalam persamaan = diameter)

BWᶲ(az) = λ/LAz eff dan BWθ(el) = λ/LEl eff (Rumus 9)

Mengganti dua variasi rumus (Rumus 9) ke dalam Rumus 3 dan karena LAz eff = Ae ( efektif area penangkapan antena) maka:

G = 4π / BW BWθ (radians)

G = 4π LAzLel / λ2

G = 4π Ae2 (Rumus 10)

Efisiensi akan mengurangi gain dengan faktor 30 – 50%, menghasilkan riil gain = 0,5 – 0,7 kali dari keuntungan teoritis.

Keutuhan Gain Antena

Jika antena persegi divisualisasikan dan G = 1, Ae = λ2/4π. Ketika dimensi lebih besar dari 0,28λ (~1/4λ) maka dikenal sebagai seuah antena elektrik besar, dan antena akan memiliki gain lebih besar (gain positif ketika dinyatakan dengan dB). Sebaliknya, ketika dimensi kurang dari 0,28λ (~1/4λ) yang disebut sebagai antena elektrik kecil, gain akan kurang (gain dinyatakan negatif dalam dB).

Beamwidth dalam fungsi panjang aperture dapat dilihat pada gambar diatas. Pada gambar, luas aperture antena (L), beamwidth λ. Jika kita memiliki antena persegi horn, pola radiasi dari widerside akan menjadi lebih sempit dari pola radiasi dari sisi yang sempit.

Baca juga : Jenis dan fungsi antena

Efisiensi aperture

Efisiensi antena dinyatakan dalam “η”, yaitu faktor yang mencakup semua pengurangan dari gain maksimum. η dapat dinyatakan sebagai persentase atau dalam dB. Beberapa jenis “loss” dapat diperhitungkan dalam nilai efisiensi (η):

  1. Illumination Efficiency, yang merupakan rasio directiviti antena, untuk directiviti antena uniform illuminated antenna dengan ukuran sama.
  2. Phase error loss atau kerugian karena fakta bahwa aperture tidak memiliki permukaan yang sama.
  3. Spillover loss (Reflector antena) yang memantulkan energi tersebar dan mengumpulkan / mengumpankan ke dalam lobus belakang pada antena.
  4. Mismatch (VSWR) loss, berasal dari refleksi pada feed port karena mismatch impedansi (penting terutama untuk antena frekuensi rendah).
  5. RF losses, kerugian RF antara antena dan feed port antena atau titik pengukuran.

Efisiensi aperture “ηa”, juga dikenal sebagai faktor illumination, ini tidak menghasilkan kehilangan daya pancar tetapi mempengaruhi gain dan pola.

Ini adalah antara 0,6 – 0,8 untuk planer array, 0,13 – 0,8 dengan nominal 0,5 untuk antena parabola, namun η dapat bervariasi secara signifikan. Antena lainnya termasuk spiral (0,002 – 0,5), horn (0,002 – 0,8), double ridge horn (0,005 – 0,8) dan conical log spiral (0,0017 – 1,0).

Baca juga : Karakteristik Antena

Area penangkapan efektif

Area penangkapan efektif dinyatakan dengan “A” adalah hasil dari area aperture fisik (A) dan efisiensi aperture (η) atau:

Ae = ηA

Ae = λ2G/4π (Rumus 11)

Gain dalam fungsi efisiensi aperture

Gain pada kerugian antena dinyatakan dalam:

G = 4πηA/λ2

Dimana:

η = efisiensi aperture

A = area aperture fisik

λ = panjang gelombang

Perhatikan bahwa gain sebanding dengan luas aperture dan berbanding terbalik dengan kuadrat dari panjang gelombang. Misalnya: jika frekuensi adalah dua kali lipat (setengah panjang gelombang), aperture bisa menurun empat kali untuk mempertahankan gain yang sama.

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

Faktor Beam

Ukuran antena dan beamwidth juga terkait dengan faktor eam yang didefinisikan sebagai:

Faktor beam = (D/λ) (beamwidth)

Dimana:

D = dimensi antena dalam panjang gelombang

Faktor beam adalah sekitar invarian dengan ukuran antena, tetapi tidak berbeda dengan jenis iluminasi aperture antena atau lancip. Faktor beam biasanya 50 -70.

Aperture Illumination (Taper)

Iluminasi lancip adalah variasi amplitudo di aperture. Variasi ini dapat memiliki beberapa efek pada kinerja antena, misalnya:

  1. Mengurangi gain,
  2. Mengurangi sidelobes (lebih rendah)
  3. Peningkatan beamwidth antena dan faktor beam.

Taper terjadi secara alami di dalam reflektor antena karena pola radiasi dari feed dan variasi jarak dari feed ke bagian yang berbeda dari reflektor. Fase juga dapat berbeda-beda di aperture yang juga mempengaruhi gain, efisiensi dan beamwidth.

Gain antena circular, dinyatakan dalam dB untuk antena circular dengan area πD2/4, maka:

10 Log G = 20 Log (D/λ) + 10 Log (η) + 9,94dB

Dimana:

D = diameter

Gambar data dibawah ini adalah penggambaran dalam nomograph, misalnya antena berdiameter enam kaki beroperasi pada frekuensi 9 GHz, maka akan memiliki sekitar 44,7 dB, seperti yang ditunjukkan pada garis putus-putus. Gain ini adalah untuk antena dengan efisiensi 100%, dan 41,7 dB untuk antena parabola khusus (efisiensi 50%).

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

Nomograph Gain Antena
Nomograph Gain Antena
One Comment

Buat Komentar

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