Antena propagasi

1. Antena dan Propagsi Gelombang

2. GELOMBANG RADIO & TELEKOMUNIKASI
Sejarah telekomunikasi listrik : 1873 Maxwell (C), 1880 H.R Herz (T.I Karlsruhe,lab.), 1901
Marconi (lapangan), 1931 Faraday (L),1938 SFB Morse hubungan telegrap 16 km.
Sekarang :
1. telepon, radio & TV → sehari-hari
2. jaringan global komunikasi suara, gambar, tulisan, data/komputer
3. penelitian & pertahanan : radar, telemetri, computer & communication beserta jaringannya
1.1 Elemen Sistem Komunikasi
Fungsi dasar sistem komunikasi sama : - transmisi/pengiriman informasi
- tiap macam sistem mempunyai kekhususan sendiri.
Definisi komunikasi : Proses pemindahan/penyaluran informasi dari suatu titik dalam ruang
pada waktu tertentu (titik sumber) ke titik lain yang merupakan tujuan atau pemakai.
Message merupakan salah satu manifestasi (bentuk fisik) informasi
Sumber informasi : orang, alat musik, mesin →messagenya huruf, tekanan
udara fungsi waktu, cahaya yang berubah-ubah, dll.
Tujuan komunikasi : menyediakan replika message pada tempat tujuan.
Transduser : mengubah message menjadi sinyal listrik atau sebaliknya, f(t) ke i(t)
1. transduser input (TI)
2. transduser output (TO)

3. Elemen komunikasi
Elemen sistem komunikasi – menurut fungsinya, dalam hardware mungkin susah dipisahkan.
Gambar 1-1 Elemen sistem komunikasi
Pemancar Tx : mengkopel message dalam bentuk sinyal yang ditransmisikan ke
kanal transmisi . Signal prosesing untuk transmisi yang efektif dan efisien antara lain
modulasi, penyesuaian sinyal dengan sifat-sifat kanal transmisi.
Kanal transmisi : Sebagai penyambung listrik antara Tx - Rx sekaligus
menjembatani sumber informasi (SI) dan tempat tujuan (TT).
Contoh kanal transmisi : kabel coax, 2 kawat, waveguide, berkas laser, gelombang
radio dll.
Sifat utama : meredam, umumnya sangat besar.
Penerima Rx : mengambil sebagian kecil sinyal dari kanal transmisi, memproses
dan meneruskannya ke transduser output. Proses utama : demodulasi/deteksi, juga
penguatan karena sinyal pada umumnya sangat kecil.
T I Tx
CH Rx
T O
derau
interferensi
distorsi
redaman
SI
message
input
sinyal
input
sinyal yg
ditransmisikan
sinyal
input
sinyal
output
message
output
T T

4. Redaman dan derau
Dalam perjalanan sinyal dari SI ke TT terjadi perubahan dan pengaruh yang tidak dikehendaki:
1. redaman
mudah diatasi dengan penguatan
2. distorsi
- perubahan amplituda, frekuensi & fasa
- pada sinyal ada distorsi, tidak ada sinyal distorsi hilang.
- ditoleransikan sampai batas tertentu, hubungan dengan peralatan/kompensasi
- disebabkan oleh respon sistem yang tidak sempurna terhadap sinyal.
3. interferensi
- gangguan yang disebabkan oleh sinyal di luar sinyal yang diinginkan,
biasanya buatan manusia
- gangguan yang serupa dengan sinyal
- diatasi dengan menghilangkan sinyal interferensi/sumbernya.
4. derau
- gangguan yang tak mungkin dihilangkan walaupun secara teoritis
- sinyal sebarang dan tak teramalkan yang bersumber dari sebab alamiah
- informasi dapat tertutup oleh derau
- sinyal harus > derau. S/N > 40 db, 10 e-9 ≤ Pe ≤10 e-3

5. Telekomunikasi radio
1.1.1 Telekomunikasi Radio
Saluran transmisi antara Tx - Rx dapat berbentuk fisik atau non fisik (vakum, ruang bebas). Pada
komunikasi radio gelombang EM dilepaskan ke ruang bebas oleh antena. Ruang bebas
dapat berisi atmosfir bumi dan terhadap gelombang elektromagnetik terjadi :
1. pembiasan/pembelokan
2. pantulan, pembelokan dengan sudut datang = sudut pantul
3. hamburan atau penyebaran ke mana-mana
4. penyerapan sebagian /absorpsi
Tx
saluran
transmisi fisik
Antena
pemancar
saluran transmisi
non fisik
Rx
Antena
penerima
Gambar 1-2 Sistem Komunikasi Radio

6. Telekomunikasi radio
Tx : menghasilkan daya RF → saluran transmisi → antena → dipancarkan ke segala arah
Rx : mengambil sebagian kecil daya gelombang elektromagnetik dari pemancar yang ada di
ruang bebas melalui antena → saluran transmisi → Rx diproses.
Penerimaan daya oleh antena sekitar 10-8 watt merupakan daya yang besar & mudah diproses.
Efisiensi transfer daya hampir sama dengan nol.
Efisiensi komunikasi → informasi yang diterima kalau replika diterima sempurna sepanjang
waktu → efisiensi 100 % . Reliabilitas dalam praktek ≈ 99.99 %.
Kualitas penerimaan informasi : S/N (analog) atau BER : Bit Error Rate (digital).

7. Spektrum Frekuensi dan Perambatan Gelombang
Kelakuan gelombang elektromagnetik antara Tx = Rx tunduk kepada hukum-hukum fisika yang tak dapat di-
atur atau kuasai. Salah satu parameter yang mempengaruhi frekuensi dengan pembagian sebagai berikut
(alokasi frekuensi):
0.3 M
f /Hz Ultraviolet
tampak
inframerah
Serat optik Sinar laser
percobaan-percobaan kom.
multi kanal TV, data, dsb.
Nama media transmisi pemakaian
λ
10-6
m
100 µm
gelombang
EHF mm
3000 G
1 mm
300 G
1 cm
30 G
Saluran
gelombang
radio
(waveguide)
radio
microwave
G
300
40
27
18
12
8
4
2
1
10 cm
super high freg.
SHF
ultra high freq.
U H F
1 m
3 G
300 M
very high freq.
VHF kabel
koaksial
10 m
30 M
T V U H F
mobile, aeronautika
high frequency
HF
radio
gelombang
pendek
TV VHF, FM
radio mobile
100 m
3 M medium freq.
MF
1 km
radio
gelombang
panjang
komersial amateur international.
DF, CB
lower frequency
LF
10 km
30 sepasang
kawat
very low freq.
VLF
100 km
3 audio frequency
A F
1 Mm
300
10 Mm
30
broadcast AM
aeronautika kabel laut navigasi,
radio beacon, radio samudera
PLC, kom. kapal selam
sonar
telepon
telegrap
1000 T
100 T
100 G
10 G
1 G
100 M
10 M
1 M
100 k
International Telecommunication Union
Comite Consultatif International de Radiocommunication
International Telegraph & Telephone Consultative Committee
I. T. U
C C I R
C C I T T
:
:
:
L
S
C
X
KU
K
Ka
1 mm
percoban-percobaan
navigasi
satelit-satelit
rele microwave
satelit - bumi
radar
30 cm radiosound
ELF
k
k

8. Proses propagasi
Spesifikasi dapat ditentukan / disesuaikan, dikuasai sepenuhnya.
Dapat dikontrol - Tx (mod)
- Rx (demod)
- Antena
- Frekuensi
- dll.
Tak dapat dikontrol : - perambatan gelombang
- parameter lain menyesuaikan diri
- diharapkan prediksi yang tepat
- probabilitas, tak dapat dikuasai sepenuhnya.
Penelitian/pengukuran untuk prediksi & penyesuaian :
- pemilihan frekuensi
- pengukuran sifat atmosfir bumi
penyerapan
pembiasan redaman
pemantulan fading
hamburan
- pengukuran sifat perambatan bumi
konduktivitas
permeabilitas → redaman
permitivitas
- penyebaran → redaman lintasan

9. Proses propagasi
Proses propagasi gelombang dapat dianalisis menggunakan gabungan dari
dua macam pendekatan yaitu: - empiris , (sempit)
- pengembangan teori
(hukum-hukum fisika) sulit.
Mekanisme perambatan gelombang antara Tx - Rx merupakan gabungan macam-macam
perambatan, tapi selalu ada yang dominan sebagai berikut :
a. Gelombang permukaan bumi, ground wave
(a) ground wave , f < 3 MHz
b. Gelombang langit, sky wave
(b) sky wave
+ + + + + + +
P
H
E
Tx Rx
Ionosfir

10. Proses propagasi
c. Gelombang ruang , space wave
d. Gelombang langsung , direct wave
e. Hamburan troposfir, tropo scatter
f > 30 MHz
d : dekat/ sedang
= 50 km
fading
Bumi
f1
f2
satelit
d >>
f > 30 MHz
umumnya GHz
f > 30 MHz
d : jarak kom.
dekat

11. Karakteristik antena
f. Gabungan / kombinasi dari dua atau lebih macam propagasi di atas.
Misalnya : ground wave & sky wave pada standard broadcast (primary & secondary
services). Tropo scatter dan difraksi.
g. Lain2 seperti : komunikasi dengan meteor burst, hamburan ionosfir
pantulan satelit, bulan dll.
1.2 Definisi-definisi & karakteristik antena
Antena digunakan dalam komunikasi radio sebagai :
a). pelepas energi elektromagnetik ke udara/ruang bebas sehingga berlaku sebagai pemancar
atau sumber gelombang elektromagnetik.
b). penerima energi elektromagnetik dari ruang bebas.
Contoh sehari-hari :
R DE D1
D2
D3
D4

12. Macam-macam antena
1.2.1 Macam-macam antena :
• Antena kawat
dipole
helix
Loop
nx
whip
Beverage
dll.

13. Macam-macam antena
Antena apertur : terutama untuk pesawat terbang & pesawat ruang angkasa.
Corong piramid corong kerucut
Bumbung gelombang terbuka celah pada dinding tabung, dll

14. Macam-macam antena
Antena susunan
Antena pemantul
Feed
pemantul
Feed
pemantul 1
pemantul 2
pemantul
feed

15. Macam-macam antena
Antena apertur : terutama untuk pesawat terbang & pesawat ruang angkasa.
Corong piramid corong kerucut
Bumbung gelombang terbuka celah pd dinding tabung, dll

16. 1.3 Definisi & konsep
Gambar 1-6 Elemen sistem komunikasi radio
a. Antena : transformator antara gelombang terbimbing dengan gelombang
bebas atau sebaliknya.
: struktur transisi antara gelombang terbimbing dan gelombang bebas.
b. Saluran transmisi : alat untuk membimbing energi gelombang EM dari
suatu titik ke titik lain.
Syarat : - redaman minimum
- rugi-rugi panas <<
- rugi-rugi pancaran <<
Gel. bebas
TX
sal. transmisi
(gelombang terbimbing)
sal. transmisi
(gelombang terbimbing)
RX

17. Konsep antena
- tidak menyebar, mengikuti saluran transmisi → satu dimensi.
Contoh : 2 kawat, wave guide, kabel dll.
c. Resonator:alat yang menunjukkan adanya gelombang berdiri/ada
konsentrasi energi medan listrik & magnet, faktor Q = daya yang tersimpan/daya masuk atau
keluar → cavity resonator.
Cavity
C L
stub saluran dihubung singkat

18. Konsep antena
Fungsi utama mendefinisikan alat mana yang paling dominan. Gelombang radio di udara mempunyai panjang
gelombang ribuan km sampai mm → terus sampai di daerah ultra violet.
d. panjang gelombang :
P2
P1
P0
saluran transmisi
antena
resonator
MHz
phasa
MHz
m
f
v
f
300
=
=
λ
r
0
m
'
ε
λ
=
λ

19. Daerah antena
(a) daerah antena ( b, c ) ekivalensi antena
Gambar 1-8 Daerah pengaruh antena
---------------
Daerah antena:
d. antena
d. Freshnel
d. Fraunhofer : benda-benda di daerah ini tidak mempengaruhi antena, medan EM
transversal
lebar bidang frekuensi/bandwidth antena ditentukan oleh :
- bentuk fisik → perubahan perlahan-lahan B > >
- transformasi impedansi
definisi : daerah frekuensi dimana SWR ≤ harga tertentu 1.1, 1.35, 1.5 dan 2
L
d. Freshnel
d. interferensi
d. medan dekat
d. antena
R1
R2
λ
=
2
L
2
∞
d. Fraunhafer
d. medan jauh
2ZL 2ZL
Z0
Z0
( a )
( b )
Z1
Z0 ZL
( c )
Benda-benda di daerah ini berpengaruh terhadap sifat-sifat antena
dan medan EM belum transversal penuh

20. Parameter antena
• Gambar 1-9 Antena seimbang atau balans
• Gambar 1-10 Antena tidak seimbang atau unbalans
• L = ∞dalam praktek dibuat dengan cara L >> λ.
D
D
const
d
D
=
d ∞
B1
B2 B3 B4 B5
B5
B4
B3
h
B2
d
D
.
const
d
D
=
∞
B1