d41106007 - sudirman maliang - antena horn
TRANSCRIPT
HORN ANTENNA
TUGAS
MATA KULIAH TOPIK KHUSUS ANTENA
SUDIRMAN MALIANG
D41106007
KONSENTRASI TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN INFORMASI
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR
2010
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 ANTENA
Antena (antenna atau areal) adalah perangkat yang berfungsi untuk memindahkan
energi gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya dari
udara ke media kabel. Karena merupakan perangkat perantara antara media kabel dan
udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match) dengan media kabel
pencatunya.
1.2 KLASIFIKASI JENIS ANTENA
Terdapat banyak cara untuk mengklasifikasikan jenis antena di dalam sistem
komunikasi wireless. Salah satu model pengelompokan jenis antena yakni
berdasarkan konfigurasi struktur material penyusunnya. Berdasarkan sudut pandang
ini, antena dapat dibagi ke dalam beberapa jenis antena seperti wire, aperture,
microstrip, array, reflector, dan lens antenna.
1.3 HORN SEBAGAI ANTENA APERTURE
Aperture antenna atau antena apertur mungkin lebih dikenal oleh orang-orang awam
saat ini dibandingkan di masa lalu karena peningkatan kebutuhan untuk bentuk yang
lebih sederhana dari antena-antena dan peralatan frekuensi tinggi. Beberapa bentuk
dari antena apertur ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Antena-antena pada tipe
ini sangat bermanfaat untuk aplikasi pada pesawat dan kendaraan angkasa. Ditambah
lagi, antena-antena ini dapat dilapisi dengan sebuah bahan dielektrik untuk
melindunginya dari sejumlah pengaruh faktor kimiawi dan fenomena fisika lainnya
yang berasal dari lingkungan komunikasi wireless.
BAB II
ANTENA HORN
Antena horn merupakan antena yang paling banyak dipakai dalam sistem komunikasi
gelombang mikro. Antena ini ada dan mulai digunakan pada tahun 1800-an.
Antena ini mempunyai gain yang tinggi, VSWR yang rendah, lebar pita
(bandwidth) yang relatif besar, tidak berat, dan mudah dibuat.
2.1 JENIS-JENIS ANTENA HORN
Berdasarkan bentuk luasannya, antena horn diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu
antena horn persegi (rectangular horn antenna) dan antena horn kerucut (conical
horn antenna).
Gambar : Jenis-jenis antenna Horn
2.2 PENGGUNAAN ANTENA HORN
Antena horn digunakan secara luas, diantaranya sebagai elemen penerima untuk
radio astronomi, tracking satelit, serta sebagai pencatu pada reflektor antena
parabola. Jenis antena horn yang sering dipakai dalam praktek adalah antena horn
piramida, karena itu dalam makalah ini akan dijelaskan karakteristik dari antena horn,
khususnya mengenai pola radiasi, faktor penguatan dan keterarahannya. Horn
dapat dianggap sebagai bumbung (pandu) gelombang yang dibentangkan
sehingga gelombang-gelombang di dalam pandu tersebut menyebar menurut suatu
orde tertentu dan akan menghasilkan suatu distribusi medan melalui mulut horn
sehingga dapat dianggap sebagai sumber radiasi yang menghasilkan distribusi
medan melalui suatu luasan tangkap. Amplitudo dan fase medan pada bidang
mulut horn tergantung pada jenis dan mode gelombang catu yang masuk ke horn
melalui pandu gelombang dan tergantung pada sifat-sifat horn.
2.3 SIFAT-SIFAT ANTENA HORN
Karakteristik medan-medan radiasi misalnya: pola radiasi, faktor penguatan,
keterarahan dan sebagainya sangat ditentukan oleh dimensi antena horn, seperti
panjang horn R (ρ1 atau ρ2 ), lebar a dan tinggi b atau ukuran-ukuran aperture.
Penguatan maksimum dari antenna horn diuraikan dengan persamaan:
Gain Optimum Horn = 10 [0.808 + log a/λ x log b/λ]
Sedangkan directivity untuk sebuah antenna horn adalah:
D = 4π Ae//λ2
= 2π εap Ap//λ2
Untuk antenna horn rectangular Ap = aEaH, diperoleh εap = 0.6, maka persamaan
menjadi:
D = 7.5 Ap/ λ2 atau
D = 10 log 7.5 Ap/ λ2
dBi
2.4 ANTENA HORN PERSEGI
Ada tiga macam antena horn persegi seperti ditunjukkan. Antena horn ini dicatu
melalui pandu gelombang yang dindingnya melebar. Untuk pandu gelombang
dengan mode dominan, bidang-E berada dibagian vertikal sedangkan bidang-H
berada dibagian horisontal. Antena horn yang mengalami pelebaran pada bidang
yang lebar serta bidang yang sempit tidak mengalami perubahan dinamakan antena
horn sektoral bidang-H. Dan sebaliknya, jika antara horn ini mengalami
pelebaran pada bidang yang sempit dinamakan sebagai antena horn sektoral
bidang-E. Jika kedua bidang antena mengalami pelebaran maka disebut sebagai
antena horn piramida.
Gambar: Antena horn persegi
2.5 ANTENA HORN PIRAMIDA
Antena horn persegi yang paling populer adalah antena horn jenis piramida
(pyramidal horn antenna).
Antena horn piramidal merupakan antena celah (aperture antenna) berbasis saluran
pandu gelombang persegi (rectangular waveguide), sedangkan mulutnya melebar ke
arah bidang medan listrik (E) dan bidang medan magnet (H), sehingga bentuk akhir
antena ini menyerupai piramida.
2.6 KONSTRUKSI ANTENA HORN
Seperti yang ditunjukan gambar berikut, antena ini mengalami pelebaran pada
kedua sisinya. Ukuran dari penampang pandu gelombangnya adalah a dan b,
dengan a adalah bagian yang lebih lebar dari pada bagian b.
Gambar: Bentuk geometri antena horn piramida
Gambar (a) Sektoral bidang-E (b) Sektoral bidang-H
Dari gambar (bidang-E) secara geometris dimensi antena horn bisa dinyatakan
sebagai berikut:
Sedangkan untuk bidang-H dimensinya dapat dinyatakan dengan:
ρe2
= ρ22 + *
+
αe = tan-1
*
+
ρh2 = ρ1
2 + *
+
Dengan : Pe = Ph = Pp
a1, b1 = ukuran mulut antena horn
a, b = ukuran dari penampang pandu gelombang
Gambar: Antena Horn
αh = tan-1
*
+
2.7 POLA RADIASI ANTENA HORN
Pola radiasi suatu antena didefinisikan sebagi suatu pernyataan secara grafis yang
menggambarkan sifat radiasi suatu antena (pada medan jauh) sebagian fungsi dari
arah itu adalah pointing vektor, maka ia disebut sebagai Pola Daya (Power Pattern).
Gambar : Pola radiasi antenna horn
Untuk menentukan pola radiasi antena horn piramida sebagai fungsi dari medan
jauh, maka terlebih dahulu ditentukan medan listriknya pada luasan (mulut) horn.
Ey = E0 cos
Hx =
Zg =η [ (
)
]
Dengan : E0 = konstanta
βg = konstanta fase di dalam pandu gelombang
η = impedansi intrinsic
Gambar: Deskripsi Pola Radiasi Antena Horn.
2.5. TEOREMA LUASAN TANGKAP (APERTURE)
Suatu antena yang mempunyai struktur berupa suatu luasan yang dilalui
gelombang elektromagnetik dinamakan antena luasan (aperture antenna). Antena
horn adalah merupakan salah satu contoh dari antena luasan. Konsep dari aperture
ditunjukkan sangat sederhana, yaitu dengan mempertimbangkan suatu antena
penerima. Andaikata bahwa antena penerima adalah suatu horn elektromagnetik
yang dibenamkan didalam medan dari suatu gelombang datar serba sama.
Ambilah vektor poynting, atau kerapatan power dari gelombang datar S watt
permeter persegi. Apabila horn menyerap semua power dari gelombang melalui
seluruh luasan a1, maka power P yang diserap dari gelombang adalah [2] :
P = S . A (watt)
Sehingga, horn elektromagnetik dapat dianggap sebagai suatu aperture. Power
total yang diserap dari gelombang yang melaluinya menjadi sebanding dengan
aperture atau luasan mulut.
2.6. WAVEGUIDE
Waveguide adalah saluran tunggal yang berfungsi untuk menghantarkan
gelombang elektromagnetik (microwave) dengan frekuensi 300 MHz – 300 GHz.
Dalam kenyataannya, waveguide merupakan media transmisi yang berfungsi
memandu gelombang pada arah tertentu. Secara umum waveguide dibagi menjadi
tiga yaitu, yang pertama adalah Rectanguler Waveguide (waveguide dengan
penampang persegi) dan yang kedua adalah Circular Waveguide (waveguide
dengan penampang lingkaran), dan Ellips Waveguide (waveguide dengan
penampang ellips).
Dalam waveguide diatas mempunyai dua karakteristik penting, yaitu :
1. Frekuensi cut off, yang ditentukan oleh dimensi waveguide.
2. Mode gelombang yang ditransmisikan, yang memperlihatkan ada tidaknya
medan listrik atau medan magnet pada arah rambat.
Faktor-faktor dalam pemilihan waveguide sebagai saluran transmisi antara lain :
1. Band frekuensi kerja, tergantung pada dimensi.
2. Transmisi daya, tergantung pada bahan.
3. Rugi-rugi transmisi, tergantung mode yang digunakan.
Pemilihan waveguide sebagai pencatu karena pada frekuensi diatas 1 GHz, baik
kabel pair, kawat sejajar, maupun kabel koaksial sudah tidak efektif lagi
sebagai media transmisi gelombang elektromagnetik. Selain efek radiasinya yang
besar, redamannya juga semakin besar. Pada frekuensi tersebut, saluran transmisi
yang layak sebagai media transmisi gelombang elektromagnetik (microwave)
adalah Waveguide.
Waveguide merupakan konduktor logam (biasanya terbuat dari brass atau
aluminium) yang berongga didalamnya, yang pada umumnya mempunyai
penampang berbentuk persegi (rectanguler waveguide) atau lingkaran (circular
waveguide). Saluran ini digunakan sebagai pemandu gelombang dari suatu sub
sistem ke sub sistem yang lain. Pada umumnya di dalam waveguide berisi
udara, yang mempunyai karakteristik mendekati ruang bebas.
Waveguide Persegi
Waveguide persegi adalah pandu gelombang dengan penampang persegi dan
model ini sering digunakan dalam praktik. Hal ini disebabkan karena
perencanaan, analisa serta pembuatannya relatif mudah. Dalam analisanya,
waveguide persegi memberikan hasil yang sederhana, dengan menggunakan
koordinat siku-siku (kartesian). Dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar: Sistem koordinat untuk waveguide
2.7. PERKEMBANGAN ANTENA HORN
Ridge Horn
Perkembangan antenna horn sekarang ini begitu pesat terutama dalam memodifikasi
bentuknya. Hal ini disebabkan karena antenna horn konvesional memiliki
keterbatasan bandwidth. Selain itu para peneliti ingin mencari antenna yang
broadband, ultra wide band, dan antenna yang memiliki gain yang tinggi. Salah satu
dari modifikasi itu adalah penambahan ridge horn. Central Ridge memuati waveguide
dan itu bermanfaat untuk meningkatkan bandwidth dengan menurunkan frequency
cutoff dari mode dominan.
Pemandu rectangular dengan single ridge terlihat dalam gambar a dan double ridge
pada gambar b.
Sebenarnya frequency cutoff dapat diturunkan dengan menempatkan material
dielektric dalam waveguide.Tapi ini tidak meningkatkan bandwidth bahkan dapat
menyebabkan losses yang meningkat.
Dengan membuat stuktur double ridge dari waveguide dalam pyramidal horn
seperti pada gambar.13-27 penggunaan bandiwtdth dari horn dapat ditingkatkan
berlipat-lipat. Dimana double ridge tersebut menggunakan coaxial feed dan diletakan
memotong salah satu bagian dari ridge. Double ridge juga menghasilkan single
polarization.
Selain double ridge terdapat metode lain dalam meningkatkan performansi
dari suatu antenna horn yaitu penggunaan quad-ridge square waveguide. Quad-ridge
square waveguide dapat menghasilkan dual orthogonal linear polarization dengan
menggunakan dual- coaxial feed dalam ridge-nya. Seperti pada gambar berikut.
BAB III
PENUTUP
KESIMPULAN
- Antena (antenna atau areal) adalah perangkat yang berfungsi untuk
memindahkan energi gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara
atau sebaliknya dari udara ke media kabel.
- Berdasarkan sudut pandang ini, antena dapat dibagi ke dalam beberapa jenis
antena seperti wire, aperture, microstrip, array, reflector, dan lens antenna.
- Antena horn merupakan antena yang paling banyak dipakai dalam sistem
komunikasi gelombang mikro karena mempunyai gain yang tinggi, VSWR
yang rendah, lebar pita (bandwidth) yang relatif besar, tidak berat, dan
mudah dibuat.
- Dengan melihat pola radiasinya, antenna Horn digolongkan sebagai antenna
directional yang memancar dengan pengarahan.
- Berdasarkan bentuk luasannya, antena horn diklasifikasikan dalam dua jenis
yaitu antena horn persegi (rectangular horn antenna) dan antena horn
kerucut (conical horn antenna).
- Horn dapat dikembangkan menjadi antenna horn ridge untuk memperbesar
lebar band dari antenna horn konventional.
REFERENSI
- Krous, John D. 1988. “Antenas”. McGraw-Hill Book Company.
- Balanis, C.A. 2005. Antenna Theory Analysis and Design. 3rd
Edition. New
Jersey : John Wiley and Sons.
- Paramita, Rizqi. 2008. “Desain dan Implementasi Antena Horn Piramidal
untuk Link Line Of Sight Wireless LAN 2,4 GHz”. Surabaya : Politeknik
Negeri Elektronika Surabaya Institut Teknologi Sepuluh November.
- www.wikipedia.org (keyword: horn antenna)
- www.image.google.co.id (keyword: radiaton pattern horn antenna)
Sudirman Maliang
D41106007