EE3253a 6 PengukuranAntena 2004 Final

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


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


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


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


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


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



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



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


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


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 :



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 :



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.



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



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



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 :



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



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 :



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


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


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



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



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


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 )


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 >



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



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





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

++=

+=

+=



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



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



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.



( ) ( )

=

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,



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)


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



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



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



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.


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)



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



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


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

+=


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



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



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


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


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.



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


51

Polarisasi Sirkular

Polarisasi Elliptik

Contoh hasil pengukuran polarisasi. Gambar menunjukkan polarisasi

mendekati polarisasi sirkular



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

Documents

EE3253a 6 PengukuranAntena 2004 Final