ee3253a 6 pengukuranantena 2004 final
Post on 05-Nov-2015
33 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
Modul 6EE 3253a Sistem Antena
Pengukuran AntenaOleh :
Nachwan Mufti Adriansyah, ST
Revisi April 2004
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 2
Modul 6 Pengukuran Antena A. Pendahuluan page 3 B. Persyaratan Umum Pengukuran Antena page 8 C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena page 10 D. Pengukuran Diagram Arah dan Diagram Fasa page 20 E. Pengukuran Gain, Direktifitas, dan Efisiensi page 24 F. Pengukuran Impedansi, SWR, Bandwidth,
dan Distribusi Arus page 38 G. Pengukuran Polarisasi Antena page 47 H. Pengukuran Temperatur Antena page 52
Organisasi
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 3
A. PendahuluanSekapur Sirih ...
Pada bagian sebelumnya, telah menganalisa, mensintesa, dan menghitungkarakteristik dari antena. Ada beberapa macam sebenarnya metoda analisa antena. Namun demikian, ada banyak juga antena yang tidak dapat diteliti secara analitisdisebabkan karena struktur dan metoda pencatuannya yang sangat rumit. Dalam beberapa tahun belakangan ini, dikembangkan metoda-metoda analisa yang khusus seperti Teori Difraksi Geometris dan Metoda Momen, tetapi tetap saja adabanyak antena yang tidak dapat dianalisis dengan cara itu. Karena itulah, kemudian diperlukan Pengukuran Antena, yang hasil-hasilnyadipakai untuk menguji data teoritisTerdapat beberapa kesulitan, ketika kita akan melakukan pengukuran, yaitu : Untuk antena besar, diperlukan pengukuran diagram arah yang
terlalu jauh. Persoalannya adalah bahwa pantulan dengan berbagaibenda-benda di sekitar daerah pengukuran akan sulit dihindari >
2L2r
Sering tidak praktis untuk memindahkan antena dari tempat operasi ke tempatpengukuran
Untuk antena tertentu seperti Phased Array ( Susunan dengan pengaturan fasa ), mengukur karakteristik antena memerlukan waktu yang cukup lama
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 4
Untuk sistem pengukuran outdoor, umumnya akan bergantung pada cuaca saatpengukuran
Teknik pengukuran membutuhkan peralatan dan biaya yang sangat mahal
Sebagian dari kesulitan-kesulitan yang dihadapi tersebut dapat dipecahkandengan :
Karakteristik antena yang diukur adalah , :
Pemakaian teknik tertentu, seperti pengukuran medan dekat untuk prediksi medanjauh
Pengukuran dengan model diskalakan Pemakaian peralatan khusus, misalnya : Otomatisasi dan komputerisasi, serta
pemakaian ruang tanpa gema ( Anechoic Chamber )
Diagram arah dan diagram fasa Gain dan directivitas Efisiensi Impedansi, SWR, dan Bandwidth Distribusi arus Polarisasi Temperatur antena
A. Pendahuluan
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 5
B. Persyaratan Umum Pengukuran AntenaKebanyakan antena diukur sebagai penerima, sehinggadiperlukan persyaratan ideal pengukuran , yaitu : Medan gelombangdatar uniform ( Uniform Plane Wave ), beda fasa dan amplitudo
I. Beda fasa dari medan yang diterima di tiap titik elemen antena diinginkan = 0,
+rr D
P
D = dimensi fisik antenaP = titik observatorr = jarak travelling gelombang dari tengah
antenar + = jarak travelling gelombang dari tepi
antena
=
= o3602fasaBeda Dari Phytagoras, didapatkan :( )
4arr
222 +=+ 8
Dr2
ar
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 7
II. Amplitudo dari kuat medan yang diterima di tiap titik elemen antenadiinginkan uniform
Lengkung (taper) amplitudo haruscukup kecil
Ripple amplitudo harus cukup kecil
Polarisasi silang harus High Purity
Pada range pengukuran outdoor, variasikuat medan dapat disebabkan olehinterferensi gelombang langsung dangelombang pantul dari tanah atau objeklain
Variasi medan hendaknya 0,25 dB
B. Persyaratan Umum Pengukuran Antena
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 8
III. Hal berikutnya yang harus diperhatikan, untuk menghindari kesalahan ukur : Keinginan untuk
mencapai : Frekuensi sistem stabil Kriteria medan jauh dipenuhi Lingkungan bebas pantulan / refleksi Lingkungan bebas noise dan interferensi benda sekeliling Impedansi dan polarisasi yang sesuai Antena diarahkan sesuai/berimpit dgn sumbu utama
Namun kondisi ideal di atas sangat sulit dicapai karena kondisi-kondisiyang melekat saat pengukuran, yaitu :
Pengukuran antena sering selalu dipengaruhi pantulan gelombang yang tidakdiinginkan
Pengukuran ideal akan memerlukan jarak ukur yang terlalu besar Sangat kompleks jika melibatkan sistem antena keseluruhan (Misal : pengukuran
antena pada pesawat ) Pengukuran Outdoor memberikan kondisi lingkungan EM yang tidak terkontrol Pengukuran Indoor tidak mengakomodasikan pengukuran antena-antena besar Secara umum teknologi pengukuran antena sangat mahal
B. Persyaratan Umum Pengukuran Antena
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 9
Absorber
MenaraFiber
h1 h2
Untuk mengurangi pengaruh refleksi, terutama yang berasaldari pantulan tanah :
Menara dibuat sangat tinggi Penggunaan absorber pada menara Bahan menara terbuat dari fiber glass Pada antena dengan gain sangat tinggi beam ke tanah lemah
B. Persyaratan Umum Pengukuran Antena
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 10
C. Teknik-Teknik Pengukuran AntenaBerkaitan dengan lingkungan saat pengukuran, terdapat 2 macamMedan ukur ( pada referensi yang lain disebut Antenna Range ), yaitu :
(1) Medan Refleksi ( Reflection Ranges ) Medan langsung dan pantul membentuk penurunan yang kecil
simetris ke tepi
Desain medan ukur refleksi cukup kompleks dan tergantung padakoefisien refleksi tanah. Parameter desain utamanya adalahmenentukan ketinggian AUT ( Antenna Under Test )
(2) Medan Ruang Bebas ( Free Space Ranges ) Outdoor Free Space Ranges
a. Medan ditinggikan ( Elevated Range ) b. Medan dimiringkan ( Slant Range )
a. Anechoic Chamberb. Compact Antenna Test Range (CATR)
Indoor Free Space Ranges
Near Field - Far Field Method
Terdiri dari
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 11
Medan Refleksi ( Reflection Ranges )...
L.H. Hemming and R.A. Heaton, Antenna gain calibration on a ground reflection range, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. AP-21, pp. 532-537, July 1977.
Medan refleksi didesainsedemikian hingga gelombangpantul menjadi interferensi yang bersifat konstruktif, dan daerahtes AUT adalah daerah gelombangdatar serbasama (uniform plane wave)
Desain medan ukur refleksi cukupkompleks dan tergantung padakoefisien refleksi tanah. Parameter desain utamanya adalahmenentukan ketinggian AUT( Antenna Under Test ), sedangkan ketinggian antenasumber biasanya diketahuiDetail pengukuran dengan medan refleksi
dapat dilihat pada paper berikut :
C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 12
Medan Ditinggikan ( Elevated Ranges )...
h2h1
Tx
RxD
Antena umumnya ditempatkan
pada menara atau bangunan yang tinggi
Kondisi Line Of Sight tercapai
Antena sumber memiliki gain yang tinggi / side lobe rendah , sehingga energi gelombang tidakada yang diarahkan ke permukaanbumi
Diasumsikan bumi datar (smooth earth)
Kriteria danpersyaratan umum :
C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 13
Medan Dimiringkan ( Slant Ranges ) ...
AUT ( Antenna Under Test ) ditempatkan pada ketinggian tetapdiatas non conducting tower ( Misal : terbuat dari fiberglass )
Antena sumber harus memiliki null ke arah tanah ( atau sidelobe cukupkecil )
Memerlukan situasi daerah terbukauntuk meminimisasi pantulan daribangunan-bangunan
Kriteria danpersyaratan umum :
C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 14
Anechoic Chamber ... Anechoic Chamber adalah ruang tanpa gema
yang populer untuk pengukuran terutama untukantena gelombang mikro.
Anechoic chamber memberikan ketepatanpengukuran dan lingkungan elektromagnetikayang terkontrol, serta berfungsi sebagai suatusangkar Faraday sehingga mencegah interferensiEM dari dalam dan/ke luar ruangan.
C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 15
Anechoic Chamber ... Anechoic chamber pertamakalidikembangkan selama Perang Dunia II oleh Jerman dan Amerika Serikat. Pembuatan anechoic chamber menjadimungkin setelah materi penyerapgelombang RF ditemukan dan tersediasecara komersial
2 macam tipe anechoic chamber adalah :
a. Tapered chamber (menyempit)b. Rectangular chamber (persegi)
Tapered chamber
TestZone
Ripple
Rectangular chamber
C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 16
Compact Antenna Test Range (CATR) ...Batasan yang dimiliki anechoic chamber adalah jarak untuk memenuhi syaratmedan jauh. Hal ini diatasi oleh 2 pendekatan : Pembuatan CATR yang
memungkinkan pembangkitan uniform plane wave pada jarak yang sangatdekat menggunakan pemantul parabola
Transformasi medan dekat ke medanjauh ( near field - far field method )
Paraboloidal sebagai pemantul gelombang harus dibuat sepresisi mungkin dengandimensi 3 atau 4 kali dimensi antena yang diukur untuk memberikan karakteristikuniform plane wave yang baik.Daerah pengukuran antena (disebut quite zone ) yang dicapai CATR umumnyaantara 50-60 % dari ukuran reflektor. Sedangkan phase error kurang dari 10%, dandeviasi ripple dan amplitudo tapper kurang dari 1 dB
C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 17
Near Field - Far Field (NF/FF) Method ...
R.C. Johnson, H.A. Ecker, and J.S. Hollis, Determination of far-field antenna patterns from near-field measurements, Proc. IEEE, vol. 61, No. 12, pp. 1668-1694, Dec. 1973.
D.T. Paris, W.M. Leach, Jr., and E.B. Joy, Basic theory of probe compensated near-field measurements, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. AP-26, No. 3, pp. 373-379, May 1978.
E.B. Joy, W.M. Leach, Jr., G.P. Rodrigue, and D.T. Paris, Applications of probe compensated near-field measurements, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. AP-26, No. 3, pp. 379 - 389, May 1978.
A.D. Yaghjian, An overview of near-field antenna measurements, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, vol. AP-34, pp. 30-45, January 1986.
Antenna Under Test pada Mode Radiasi.
Amplituda medan, fasa, dan polarisasi diukur pada medan dekat, selanjutnya data medan dekat tersebut ditransformasikan ke pola medan jauh dengan teknik analisismatematis yang diimplementasikan pada software komputer
Pada metoda ini, probe ukur bergerak pada bidang datar, silinder atau bidang bola. Pola medan jauh akan didapatkan dengan Fast Fourier Transform
Lihat paper-paper berikut untuk mempelajari metoda NF/FF :
C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 18
Pengukuran model diskalakan Pada pemakaian di kapal laut, kapal terbang, pesawat ruang angkasa yang besar
dan sebagainya, jika dilakukan pengukuran sesungguhnya maka struktur bisasangat besar sehingga antena tidak bisa dipindahkan ke medan ukur untuk diukur.
Selain itu pemindahan akan menghilangkan atau mengganti keadaanlingkungan yang berlainan dengan kondisi sebenarnya. Untuk memenuhi syaratteknis, maka biasanya dilakukan pengukuran setempat.
Suatu teknik yang dapat dilakukan untuk melaksanakan pengukuran antenayang berhubungan dengan struktur yang sangat besar adalah dengan modellingskala geometris. Pemakaian modelling ini bertujuan untuk :
(1) Dengan medan ukur yang kecil, dapat diakomodasikan pengukuranyang dapat direlasikan dengan struktur yang sangat besar
(2) Memungkinkan dilakukannya kontrol eksperimental terhadappengukuran,
(3) Minimisasi biaya yang berhubungan dengan struktur yang sangat besar, dan studi parameter-parameter eksperimental yang sesuai
C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 19
Modelling skala geometris dengan suatu faktor p, yaitu p > 1 atau p < 1
Parameter yg diskalakan Parameter yg tetap
panjang L = L p
waktu t = t / p
panjang glb = / pkapasitansi C = C / p
daerah gema Ac = Ac / p
frekuensi f = f p
konduktivitas = p
permitivitas permeabilitas kecepatan gelombang v
impedansi z
gain G
Dalam praktek, sering dipakai p > 1 tetap
memerlukan skala berikut :
C. Teknik-Teknik Pengukuran Antena
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 20
D. Pengukuran Diagram Arah Medan dan Diagram Arah FasaPengukuran diagram arah dilakukan pada suatu permukaan bola dengan radius konstan. Sedemikian, bahwa diagram arah dapat kita dugaadalah 3 dimensi. Namun akuisisi pola 3D adalah tidak praktis, sehinggapotongan orthogonal diagram arah 2D lebih sering ditampilkan.
Pemancar : Frekuensi stabil dan dapatdikontrol, spektrum murni(spurious dan harmonisakecil)
Antena sumber / antena referensi :f < 1 GHz : Log periodik / dipole /2 f > 400 MHz : Parabola / Horn dengan bandwidth lebar
Sistem perekam dan pencatat, ada2 macam : (1) Linear / orthogonal (dpt di-spread) , (2) Polar
Sistem Pemroses Data berfungsiuntuk komputasi
Sistem penerima : bisa sederhana berupadetektor langsung, ataucukup kompleks(heterodyne+PLL, dsb)
Sistem penempatan danpengarahan : berupa suatu penyanggayang dapat diputar(azimuth dan elevasi), dikontrol, denganindikator posisi
Sistem pengukurandiagram arah medan
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 21
D. Pengukuran Diagram Arah Medan dan Diagram Arah Fasa
Pada pengukuran diagram arah, tiap titik ukur diidentifikasi sebagai ( , ) dalam koordinat bola dengan R dibuat konstan, sedangkan antena ditempatkan padakoordinat ( 0,0,0 )
Pengukuran lengkap diagram arah meliputi pengukuran diagram arah medan listrikdan medan magnet , serta masing-masing diagram fasanya.
( )( )( )( )=
===
,fH,fH,fE,fE
4
3
2
1 ( )( )( )( )=
===
,g,g,g,g
4
3
2
1
Diagram arah medan Diagram arah fasa
Diagram arah sesungguhnya 3D, tetapi ditampilkan potongan 2D. Biasanyaakan dipilih 2 bidang saja yang mewakili untuk menyatakan E dan H dominan.Misal : Pada konstan ( 0 2 ) , dengan variabel ( 0 s/d )
Pada konstan ( 0 ) , dengan variabel ( 0 s/d
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 22
Pada pengukuran diagram fasa, ada 2 macam sistem dasar yaitu : (1) sistem dengan sinyal referensi yang didapat dari sumber melalui salurantransmisi, (2) sistem yang memakai referensi berupa sinyal yang diterima dariantena yang tetap dan didekatkan antena yang diukur.
Pada sistem pertama, dipakai untuk pengukuran medan dekat atau medan yang berjarak tidak jauh dari sumber. Sedangkan sistem kedua dipakai untuk pengukuranmedan jauh. Diagram kedua sistem ini dapat dilihat pada halaman berikutnya.
Pengukuran diagram fasa dilakukan dengan memutar antena yang diukur, sedangkan antena yang tetap bertindak sebagai referensi. Rangkaian pengukur fasadapat berbentuk sistem heterodyne 2 kanal.
Pengukurandiagram fasa
D. Pengukuran Diagram Arah Medan dan Diagram Arah Fasa
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 23
Rangkaianpengukur fasa
sumber
referensiyang diukur
probe gerak
antena yang diukur
kabel fleksibel
Rangkaianpengukur
fasasumber jauh
referensi
antena yang diukur
antena tetap
alat putar
(a) Medandekat
(b) MedanJauh
Diagram Sistem Pengukuran Fasa
D. Pengukuran Diagram Arah Medan dan Diagram Arah Fasa
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 24
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
Pengukuran gain, secara esensial membutuhkan persyaratan yang sama sepertipada pengukuran diagram arah, namun tidak terlalu sensitif terhadap pantulan daninterferensi EM
Untuk frekuensi di atas 1 GHz digunakan medan ukur ruang bebas ( free space range ), sedangkan untuk frekuensi antara 0,1 sampai 1 GHz digunakan medan ukurrefleksi ( ground reflection range )
Pada frekuensi di bawah 0,1 GHz, dimensi antena menjadi sangat besar danumumnya gain langsung diukur pada tempat operasinya. Sedangkan untuk frekuensidi bawah 1 MHz (umumnya untuk groundwave), gain tidak biasa diukur dan yang diukur adalah medan listrik yang dihasilkannya.
Gain, direktivitas, dan efisiensi memiliki hubungan rumus yang sudah kita kenal :
asDirektivitGain eff =
I. Pengukuran Gain
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 25
Metoda Pengukuran GainMetoda yang dipakai untuk mengukur gain antena ada beberapa macam, yaitu :
Metodapengukuran
gain
A. Pengukuran absolut
B. Pengukuran banding / relatif
Cara 2 antena Cara 3 antena Ekstrapolasi medan dekat Medan refleksi tanah
Dibandingkan terhadapantena isotropis
Digunakan untuk kalibrasistandar
Perlu antena pembanding / referensi Estimasi gain untuk antena referensi :
Dipole /2 G = 2,1 dB ( Polarisasi linear, kecuali jika ada pantulanmenyebabkan polarisasi eliptik)
Horn piramid 12 dB G 25 dB ( Polarisasieliptik dengan axial ratio ARantara ( 40 dB AR )
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
26
Coupler
Sumber Counter
Attenuator
Tuner
Adaptor
Tuner TunerTuner
Peralatanyang dites A
Rangkaian kopling terkalibrasi
Titik ukur pancaran
Adaptor
Tuner
Peralatanyang dites B
Titik ukurpenerimaan
R
Sinyalfrekuensi
sapuCoupler Coupler
Peredamvariabel
Peredampresisi
variabel
Sinyal pengatur
Sinyal pancarreferensi
Sinyal terima
Antenapemancar
Antenapenerima
Sistempenerima
PerekamX - Y
Referensi frekuensi
(a) Pengukuran gain absolut frekuensitunggalJika BW >
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 27
Metoda 2 Antena ( Two-Antenna Method )
=
==
=
r4WWG
GGGr4
GGWW
T
R
RT
2
RTTR
Sering juga disebut sebagai metodaresiprositas ( reciprocity method )
Prinsip dasar :Membandingkan daya yang masuk keantena Tx dengan daya yang diterimaantena Rx dengan konsep TransmisiFriis, setelah jarak antara kedua antenadiketahui
Antena yang digunakan adalah 2 buahantena identik, satu digunakan sebagaiantena pemancar dan satu digunakansebagai antena penerima
+=
T
R)dBi( W
Wlog10R4log2021G
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 28
Metoda 3 Antena ( Three-Antenna Method ) Digunakan jika antena yang diukur
tidak identik
Prinsip dasar :Membandingkan 3 kombinasi dayayang masuk ke antena Tx dengandaya yang diterima antena Rx dengankonsep Transmisi Friis, setelah jarakantara kedua antena diketahui
Diukur 3 kombinasi antena (1-2), (1-3), dan (2-3)
Yang diukur adalah : jarak R, , danperbandingan antara daya terimadengan daya kirim
+=+
1T
2R21 W
Wlog10R4log20GG
+=+
1T
3R31 W
Wlog10R4log20GG
+=+
2T
3R32 W
Wlog10R4log20GG
Antena#1 ke Antena#2
Antena#1 ke Antena#3
Antena#2 ke Antena#3
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 29
Metoda 3 Antena ( Three-Antenna Method ) Sehingga kita akan dapatkan
kombinasi persamaan berikut :
)dBi(32
)dBi(31
)dBi(21
CGG
BGGAGG
=+=+=+ 3 persamaan dengan 3 variabel
yang tidak diketahui, dapat mudahdiselesaikan :
( )( )( )dBi
2CBAG
dBi2
CBAG
dBi2
CBAG
3
2
1
++=
+=
+=
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 30
Metoda Medan Refleksi Tanah ( Ground Reflection Method ) Adalah teknik pengukuran yg
dipakai untuk antena frekuensi< 1 GHz dengan berkas agak lebar
Memperhitungkan pengaruhrefleksi bumi
Dapat dipakai metoda 2 antenaatau 3 antena
Syarat :Polarisasi horisontal, karenarefleksi pada polarisasi horisontalsangat bervariasi. Sehingga, antena vertikal akandiukur secara horisontal
Da Db
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 31
Metoda medan refleksi tanah hanya dipakai pada antena dengan polarisasi linierdan untuk antena loop harus dilakukan modifikasi
Pada medan refleksi tanah : diukur parameter-parameter daya derima, daya kirim, dan jarak untuk 2 keadaan, yaitu saat medan maksimum dan minimum, sehingga gain akan dapat dihitung.
++
=+R
Dba
t
rDba R
rRDDlog20WWlog10R4log20GG
( )
+
=
'R'WWR
DD'R'D'D'WWR
'RR'RRr
Rr
rR
baDbar
rD
DD
RR
max minhr hrht ht
Medanmaksimum
Medanminimum
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 32
Metoda Ekstrapolasi Medan DekatMetoda ekstrapolasi adalah metoda pengukuran gain absolut yang dapat dilaksanakandengan metoda 3 antena dan dikembangkan untuk mereduksi kesalahan-kesalahankarena medan antena, lintasan ganda, dan karena ketidak-identikan antena. Metoda ini dapat pula mengukur polarisasi asal paling banyak hanya satu antena yang berpolarisasi sirkular.
Pada cara ekstrapolasi medan dekat : Antenna Under Test (AUT) berlaku sebagaipemancar dan probe ukur penerima ditempatkan sangat dekat dengan apertur antenapemancar (AUT).
Cara ini meng-asumsikan bahwa semua daya yang terpancar melalui apertur Ap. Sedangkan hasil ukur E(x,y) dapat diekstrapolasi untuk mneliti karakteristik medanjauhnya
Pada metoda ini, diperlukan pengukuran amplitudo dan fasa jika diinginkan gain danpolarisasi. Sedangkan jika hanya gain, maka cukup hanya amplitudo saja yang diukur.
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 33
( ) ( )
=
Ap avav
2
dxdyE
y,xEE
y,xEAp1
1Ap4G *
Gain absolut thd isotropik diperoleh dari relasi BRACEWELL :
Metoda Ekstrapolasi Medan Dekat...
E(x,y) = medan listrik di koordinat (x,y) pada aperturAp = apertur fisik AUT* = konjugat kompleks
( )=Ap
av dxdyy,xEAp1E
dengan,
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 34
Metoda Perbandingan Gain ( Gain-comparison Method ) Sering juga disebut sebagai Gain Transfer Method
Prinsip dasar :Memerlukan antena referensi yang nilai gainnya sudah pasti diketahui
Prosedur ini memerlukan 2 kali pengukuran. Pertama antena yang diukurditempatkan sebagai penerima dengan polarisasi yang sesuai dan daya yang diterima dicatat. Kemudian antena referensi diukur juga dengan cara yang sama (polarisasi, orientasi, dan posisi)
Maka gain absolut terhadap isotropik :
[ ] [ ] [ ]dBreffWWlog10dBiGdBiG
REF
RXREFAUT
+=
WREF = daya terima antena referensiWRX = daya terima AUTGREF = gain antena referensi absolut terhadap isotropik (diketahui)
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
-
35
II. Pengukuran Direktivitas Direktivitas biasanya diperoleh dari perhitungan jika fungsi diagram arah diketahui
dan fungsi itu didekati dengan membuat kurva diagram arah atas dasar pengukuran. Dengan menghitung lebar berkas misalnya dengan komputer, maka pengarahan D dapat dihitung dari :
B4D = ( )( )
= ddsin,f
,fB
max
Dari definisi,
dengan
( )( )max,f
,f
= fungsi intensitas radiasi ternormalisasi terhadap sudut ruang dan ( daya per radian persegi )
maka, dapat diperoleh dari kuat medan listrik
( ) = ddsin,PB n ( )max
22
22
n EEEE
P
++=
Pn (,) adalah normalized power pattern
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 36
Pengukuran Direktivitas...
Untuk diingat kembali, jika f (,) diketahui, maka lebar berkas B akan dapatdihitung.
Sedangkan untuk antena unidirectional dan D > 10, lebar berkas dapat didekatidari rumus :
21
21B
Untuk polarisasi sirkular dan elliptis, maka pengukuran dilakukan 2 kali, sehingga :
+= DDD dengan syarat pada polarisasiliniernya terdapat polarisasi silang< - 4 dB
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 37
III. Pengukuran Efisiensi Efisiensi biasanya dihitung setelah gain G dan direktivitas D didapat dari hasil
pengukuran yang sudah dilakukan. Efisiensi dinyatakan oleh rumus berikut :
DG
eff = Untuk antena sederhana, efisiensi didapat dari perhitungan :
A
reff R
R= Rr tahanan pancar (dari perhitungan) RA impedansi antena / terminasi (dari pengukuran)
Untuk antena terpasang, rugi-rugi termasuk rugi-rugi oleh keadaansekeliling
E. Pengukuran Gain, Direktivitas, dan Efisiensi
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 38
F. Pengukuran Impedansi, SWR, Bandwidth, & Distribusi Arus
I. Pengukuran Impedansi ( dan SWR )
Impedansi dapatdiukur dengan 2 macamcara, yaitu :
(1) Dari pengukuran SWR / Koefisien Refleksiserta jarak minimum pertama
(2) Pengukuran langsung dengan menggunakanjembatan atau dengan Network Analyzer ( Umumnnya akan lebih presisi )
Pengukuran Impedansi dapat harus tetap memenuhi syarat bahwa antenabebas dari pengaruh sekitarnya (ingat konsep impedansi gandeng) sedemikian, alatukur pada pengukuran langsung akan memiliki jarak terhadap antena yang diukur.
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 39
F. Pengukuran Impedansi, SWR, Bandwidth, & Distribusi Arus(1) Pengukuran Impedansi ( Melalui Pengukuran SWR / Koefisien Refleksi )
Impedansi antena dihitung dari koefisien refleksi yang terukur pada terminal antena. Di bawah ini adalah kaitan beberapa pengukuran dengan pengukuran impedansi
1SWR1SWR
+=
= 41d720 vm0
min
max
VV
SWR =Ukur : Vmax Vmin Fasa koefisien pantul
=+=
11ZZ 0A
PengukuranStanding Wave Ratio
Koefisien PantulImpedansi Antena
40
Sensor koefisien refleksi dapat berupa Slotted Coax Line atau berupa Directional Coupler. Sedangkan pengukuran koefisien refleksi dihitung dari distribusi tegangan yang diukur sepanjang perangkat tersebut(1) Slotted Coax Line
Instrumen sederhana dan murah Ada bocoran medan pada celah Tidak praktis untuk frekuensi sapu
(2) Directional Coupler Praktis untuk frekuensi sapu Tidak ada bocoran medan pada celah Perlu instrumen yang rumit dan mahal
air
groundplane
monopole
coaxial line to voltage probe
sliding carriage
)short(Vmin 2
)short(Vmin
minVx
)antena(Vmin
Slotted coax line Directional Coupler
inner conductor
R1
R1
outputconnector
outputconnector
L
L
sumber
output utk VR(wave to right)
output utk VL(wave to left)
F. Pengukuran Impedansi, SWR, Bandwidth, & Distribusi Arus
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 41
Pada slotted coax line, pengukuran dilakukan 2 kali : Ketika antena dilepas, dibuat short circuit pada terminal beban sehingga
dapat dicari 2 posisi tegangan minimum ( Vmin (short) )yang berurutan. Jarak antara kedua posisi tegangan minimum yang berurutan adalah
Ketika antena dipasang, dapat dicari posisi tegangan minimum Vmin(ant) didalam slotted line , maka :
xvm = Selisih jarak antara Vmin(ant) I dgn Vmin(short) Idan
= 41x720 vm0 = panjang gelombang di dalam slotted line
fck
fv == dengan k = velocity factor
F. Pengukuran Impedansi, SWR, Bandwidth, & Distribusi Arus
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 42
Pengukuran impedansi antena bersama-sama dengan saluran transmisi, ZA+K Pengukuran saluran transmisi saja yang dihubung singkat , ZKS
Pengukuran Impedansi harus tetap memenuhi syarat bahwa antena bebas daripengaruh sekitarnya, sehingga pengukuran impedansi harus dua kali , yaitu
(2) Pengukuran Impedansi ( Cara Langsung )
Harus diperhatikan juga panjang gelombang dalam saluran transmisi. Umumnyakecepatan gelombang dalam saluran transmisi , v c. Sehingga,
fck
fv ==
k = velocity factor
F. Pengukuran Impedansi, SWR, Bandwidth, & Distribusi Arus
-
43
Zin = ZKS Z = 0
L(1)
Zin = ZA+K ZA
L(2)
Dengan memutarinpedansi ZA+K padalingkaran SWR yang tetap melalui sudut danarah yang sama denganpemutaran ZKS, makaakan didapat impedansiantena, ZA
L
L
SWR = KZA ZA+K
Z = 0
ZKS
Pengukuran ImpedansiCara Langsung
Pengukuran ImpedansiCara Langsung
44L
L
SWR = KZA ZA+K
Z = 0
ZKS
Pengukuran LangsungUntuk Saluran MeredamPengukuran Langsung
Untuk Saluran Meredam
l1
r1
l2
r2
SWR = K
Untuk saluranmeredam, impedansiantena didapat denganmemperhatikan bahwa :
2
2
1
1
rl
rl =
Sedangkan konstantaredaman dapat puladicari dari hubungan :
1'K1'K
0 +=
L20
L20
e1e1
K
+=
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 45
II. Pengukuran Bandwidth Pengukuran bandwidth
dilakukan dengan sebelumnyamelakukan pengukuran SWR pada range frekuensi tertentudengan menggunakan Sweep Generator dan OsiloskopLissajous
Bandwidth ditentukanberdasarkan batas maksimumVSWR yang sudah terdefinisi ( 1,1 ; 1,2 ; 1,35 ; atau 1,5 )
sweep generator x
y
osiloskop
DC
f
VSWR
1,1 BW
fL fH
F. Pengukuran Impedansi, SWR, Bandwidth, & Distribusi Arus
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 46
III. Pengukuran Distribusi Arus Pengukuran distribusi arus kadang-
kadang dilakukan untuk meramalkan / menghitung E, H, diagram arah, distribusipada medan jauh maupun medan dekat
Untuk antena tertentu, kadang-kadangdistribusi arusnya sulit diperkirakan, sehingga harus diukur.
Ada beberapa teknik pengukuran yang dapat dipakai : salah satu cara yang sederhana adalah dipakai loop kecil untukmencuplik arus dengan menempatkan loop tersebut didekat radiator (antena)
Syarat :- Jarak sensor / loop ke konduktor harus tetap- Kadang-kadang perlu choke untuk isolasi
Antena
F. Pengukuran Impedansi, SWR, Bandwidth, & Distribusi Arus
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 47
G. Pengukuran Polarisasi Antena Polarisasi didefinisikan sebagai
Kurva yang dijejaki oleh kuat medanlistrik sesaat yang dipancarkan olehantena pada frekuensi tertentu padabidang tegak lurus arah radial , seperti ditunjukkan gambar di samping !
Polarisasi biasanya berbentuk ellips danpada sistem koordinat bola dibentuk olehkomponen medan listrik di arah dan ( E dan E)
Umumnya karakteristik polarisasi antenaditentukan oleh : (1) Perbandingansumbu (axial ratio : AR), (2) Arah putar( CW atau CCW ) , (3) Right Hand (RH) atau Left Hand (LH), dan (4) Sudutcondong (tilt angle = )
lokasiantena
= 90o= 90o
= 90o= 0o
ra
aa
= 0o
Right hand / putar kanan
Left hand / putar kiri
Arah propagasi
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 48
Harus diperhatikan, bahwa umumnya polarisasi antena akan tidaksama untuk arah yang berbeda. Sedemikian, polarisasi akan tergantungpada sudut pengamatan.
Metode pengukuran polarisasi dikategorikan atas 3 macam metode :
- Metode parsial :
- Metode perbandingan:
- Metode absolut:
Sederhana, tetapi tidak memberikan informasilengkap dan peralatan yang dibutuhkan cukupkonvensional
Memberikan informasi lengkap dan membutuhkanstandar polarisasi
Memberikan informasi lengkap dan tidakmembutuhkan standar polarisasi
Metode yang dipilih dalam mengukur polarisasi tergantung kepada: macam antena yang diukur, ketelitian yang disyaratkan, waktu , dan dana yang tersedia.
G. Pengukuran Polarisasi Antena
-
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 49
Salah satu metoda parsial yang cukuppopuler adalah Polarization-Pattern Method yang menghasilkan parameter polarisasi ellips ( axial ratio dan tilt angle )
Pada metode ini, AUT dapat berada padareceiving mode atau transmitting mode. Sedangkan probe harus terpolarisasi linear (misalnya : dipole) dan pola pancarnyasudah diketahui dengan baik.
Arah radiasi dispesifikasikan oleh sudut( dan )
Sinyal pada output probe tergantung dari 2 faktor, yaitu : (1) Polarisasi antena , dan(2) Sudut rotasi probe.
Level sinyal diukur dan direkam, versussudut rotasi. Sehingga pola polarisasididapatkan dengan memperhatikan arahradiasi.
( Polarization pattern method )
( Axial ratio pattern method )
Axial ratio pattern method termasuksalahsatu dari metoda parsial.
G. Pengukuran Polarisasi Antena
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 50
Misalkan probe terpolarisasi linear sepanjangsumbu-z, dan radiasi antena diasumsikan padasumbu-z, maka hasil pengukuran padagambar disamping ini memperlihatkan bahwaAUT terpolarisasi linear
Polarisasi Linear
Polarization-pattern methodtidak memberikan informasi
mengenai arah rotasi
G. Pengukuran Polarisasi Antena
-
51
Polarisasi Sirkular
Polarisasi Elliptik
Contoh hasil pengukuran polarisasi. Gambar menunjukkan polarisasi
mendekati polarisasi sirkular
G. Pengukuran Polarisasi Antena
Nachwan Mufti A Modul VIa Pengukuran Antena 52
H. Pengukuran Temperatur Antena Temperatur antena menyatakan daya derau yang diterima antena, yaitu :
N
nA Bk
WT =Dimana, TA Temperatur antena , ( oK )Wn Daya derau yg diperoleh dari terminal antena penerimak Konstanta Boltzman, ( 1,38.10-23 Joule / oK )B Lebar bidang frekuensi sistem
Karena derau yang diterima antena bergantung kepada arah antena, maka padapengukuran temperatur antena lobe utama diarahkan kepada arah / zenith yang kosong atau sumber derau yang besar (mis. matahari, pusat galaksi, dll ) tidakterletak pada lobe utama antena
-
53
Adjustable Noise Generator
Antena
Generator derau
Penerimaderau
rendah
Indikatordaya derau
1
2adjustable
Treff
Metoda pengukuran dapat dilihat sebagai berikut. Disini digunakangenerator derau sebagai pembanding. Pembacaan indikator dibuat sama, dalam keadaanpenerima terhubung ke antena dan ke generator derau. Yaitu saklar S pada posisi 1 dan 2, sehingga : Temperatur antena = Temperatur generator derau
Beban PeredamL variabel
+=L11T
LTT 0sreff Nreffreff BTkN =
Jika, 1 < L < , maka 0reffs TTT
top related