Antenna Polarization

The polarization of an antenna is the polarization of the wave radiated by the antenna. At a given position, the polarization describes the orientation of the electric field.

Suppose an electromagnetic wave, radiated by an antenna, has an electric field E ( a vector) with two components: E _x and E _y.

We are going to explore the figure traced by the tip of vector E at a given position along the z axis as the time changes.

Let us assume that the components E _x and E _y of electric field E are given by

where a is the amplitude of component E _x and b is the amplitude of component E . Phi is the difference of phase between the two components.

Tutorial using an applet

Press the button below "press here to start". The left is for controling parameters a, b and Phi and to start or stop the animation. Time t in the expressions giving the electric field is changed by steps or continuously. The electric field vector E changes in magnitude and direction. The extremity of the vector field E describes a curve: This curve defines the polarization.

1 - Linear polarization

Use the scrollbar to set Phi to 0. Set a = 1 and b = 1. (these values might be set already). Press the button "START/STOPT animation". The trace of the field vector E should be linear of the hence this is linear polarization. Change a and b and observe the angle of the segment changing.

The condition for linear polarization is that Phi should take values such as : Phi = n*Pi, where n is an integer. Use different values for Phi = n*Pi and check that the polarization is linear.

2 - Circular polarization

Set a = b = 1 and Phi to 0.5Pi. Press the button "START/STOPT animation". The trace is now a circle.

The conditions for circular polarization is that Phi should take values such as : Phi = (n+1)Pi/2. Example: Phi = Pi/2 , 3Pi/2, -Pi/2 ... and a = b. Take different values for Phi and a and b according the stated conditions and check that the polarization is circular.

3 - Elliptical polarization

Set a = b = 1 and Phi to any value other than 0, Pi, 0.5Pi, say 0.7Pi for example. Press the button "START/STOPT animation". The trace is now an ellipse.

The conditions for elliptical polarization is that Phi should take values such as : Phi = (n+1)Pi/2. Example: Phi = Pi/2 , 3Pi/2, -Pi/2... Take different values for Phi according the stated conditions and check that the polarization is an ellipse if a is NOT equal to b. Read More..

Karakteristik Antena

Pengarahan Pengarahan atau direktivity antena adalah perbandingan antara intensitas radiasi (daya tiap unit sudut ruang) pada arah tertentu U(θ, Ф) terhadap intensitas radiasi rata-rata Uo (dari seluruh permukaan) pancaran. Semakin besar direktivitas maka lebar berkas antena semakin sempit. Dalam penggunaan praktis yang dimaksud directivity merupakan direktivitas maksimum yaitu pada arah sumbu pancar (pada arah pancaran maksimal). Direktivitas suatu antena didefinisikan sebagai : Gain (Penguatan) Macam - macam referensi atau pembanding yang biasa digunakan yaitu isotropis, dimana efisiensi antena isotropis adalah 100 %, dipol λ/2, horn, dll. antena bergantung pada direktivitas antena dan efisiensi antena. Hubungan ketiganya dapat dirumuskan sebagai berikut : Dimana η adalah factor efisiensi antena (0≤ η ≤ 1 atau 0 ≤ η ≥ 100% ) Satuan gain yang menggunakan isotropik sebagai antena referensi adalah dBi. Antena dengan beam ke satu arah tertentu dimana memiliki gain/penguatan yang tinggi. Kebanyakan antena susunan tipe ini memiliki beam tunggal yang tegak lurus terhadap antena tersebut, dimana jarak antara patch adalah Jarak antar elemen yang kurang dari λo/2 dihindari karena adanya saluran penyepadan. Sedangkan untuk jarak yang lebih dari λo tidak dipakai karena untuk mencegah timbulnya gratting lobe. Sedangkan rumus yang berguna untuk memperkirakan gain dari antena susunan mikrostrip adalah : dimana : A = D1.D2 D1 = Lebar efektif antena dengan jarak yang sama (didefinisikan sebagai jumlah jarak antara tepi ke tepi elemen ditambah dengan spasi antar elemen; (n + 1) x spasi horisontal. D2 = Tinggi antenas susunan dengan definisi yang serupa dengan D1; (m + 1) x spasi vertikal. α = Redaman (dB/satuan panjang). Bandwidth Bandwidth atau lebar pita frekuensi dari suatu antena adalah daerah frekuensi kerja suatu antena yang dibatasi oleh VSWR tertentu. Biasanya bandwidth dibatasi pada VSWR ≤ 1,5. Pada antena pita lebar atau broadband, bandwidth merupakan perbandingan antara frekuensi atas dengan frekuensi bawah, contoh : bandwidth 10:1 mengindikasikan bahwa frekuensi atas 10 kali lebih tinggi dari frekuensi bawah. Sedangkan pada antena pita sempit atau narrowband, bandwidth dinyatakan dalam persentase dari perbedaan frekuensi (atas dikurangi bawah) yang melewati frekuensi tengah bandwidth, contoh: bandwidth 5% mengindikasikan bahwa perbedaan frekuensi adalah 5% dari frekuensi tengah bandwidth. Adapun persamaan untuk mendapatkan bandwith yang diinginkan dinyatakan dengan : dimana :BW = bandwidth lebar pita, MHz untuk VSWR <> f = frekuensi operasi, GHz t = tebal bahan, dalam inchi (kebanyakan ketebalan board tersedia dalam satuan 1/32 inchi = 0,794 mm) Polarisasi Polarisasi antena pada arah tertentu didefinisikan sebagai polarisasi dari gelombang yang dipancarkan oleh antena tersebut. Jika antena sebagai penerima maka polarisasi antena adalah polarisasi dari gelombang datang pada arah tertentu yang menghasilkan daya terima maksimum. Jenis polarisasi dapat diketahui dengan persamaan rasio kuat medan elektrik. Diagram Arah Diagram arah yaitu suatu grafik yang menunjukkan pola pancaran atau penerimaan suatu antena sebagai fungsi dari arahnya. Penggambaran penampang melintangnya dengan arah vertikal dan horizontal dengan polarisasi elektrik dan magnetik. Berkas antena ditunjukkan dengan sudut pancaran antena yang tajam, sehingga pancarannya lebih kuat untuk penerimaan. Berkas antena ini memiliki luas yang disebut luas berkas (beam area) yaitu luas sudut ruang yang mewakili arah pancaran daya dari antena. Dalam diagram arah diatas terdapat tiga daerah pancaran yaitu: 1lobe utama (main lobe), 2lobe sisi samping(side lobe),3lobe sisi belakang (back lobe). FNBW (First Null Beamwidth) _ sudut saat penerimaan daya pertama kali. HPBW (Half Power Beamwidth) _ sudut yang dibentuk oleh dua arah yang mempunyai intensitas radiasi ½ kali (- 3 dB) dari intensitas radiasi maksimumnya; sudut ini terletak dalam sebuah bidang yang merupakan arah maksimum beam. Impedansi Antena Impedansi antena didefinisikan sebagai perbandingan antara medan elektrik terhadap medan magnetik pada suatu titik, dengan kata lain pada sepasang terminal maka impendansi antena bisa didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan terhadap arus pada terminal tersebut. Impedansi antena merupakan hal yang penting dalam perancangan antenna karena sebenarnya antena itu sendiri berfungsi sebagai penyepadan impedansi antenna tersebut dengan impedansi saluran. Penyepadan ini perlu dilakukan supaya terjadi transfer daya maksimum dari sumber ke antena atau sebaliknya. Impedansi suatu saluran (antena) ditentukan oleh ukuran, konstruksi fisik dan bahan serta frekuensi kerja antena tersebut. Efisiensi Antena Efisiensi total antena digunakan untuk menghitung rugi-rugi pada terminal input dan pada struktur antena. Beberapa rugi-rugi terjadi karena: · Pemantulan (refleksi) karena ketidaksepadanan impendansi antara saluran dengan antena. · Rugi – rugi konduksi dan dielektrika yang terjadi pada antena. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) VSWR adalah perbandingan antara tegangan maksimum dan minimum pada suatu gelombang berdiri akibat adanya pantulan gelombang yang disebabkan tidak matching-nya impedansi input antena dengan saluran feeder.

Read More..

Jenis - Jenis Antena (Omni, Parabolik, Grid, Sectoral)

Apakah Antena itu? Secara sederhana, antena adalah alat untuk mengirim dan menerima gelombang elektromagnetik, bergantung kepada pemakaian dan penggunaan frekuensinya, antena bisa berwujud berbagai bentuk, mulai dari seutas kabel, dipole, ataupun yagi, dsb. Antena adalah alat pasif tanpa catu daya(power), yang tidak bisa meningkatkan kekuatan sinyal radio, dia seperti reflektor pada lampu senter, membantu mengkonsentrasi dan memfokuskan sinyal.

Kekuatan dalam mengkonsentrasi dan memfokuskan sinyal radio, satuan ukurnya adalah dB. Jadi ketika dB bertambah, maka jangkauan jarak yang bisa ditempuhpun bertambah. Jenis antena yang akan dipasang harus sesuai dengan sistem yang akan kita bangun, juga disesuaikan dengan kebutuhan penyebaran sinyalnya. Secara umum ada dua jenis antena yaitu :

1. Directional
2. Omni Directional

Fungsi

Fungsi antena adalah untuk mengubah sinyal listrik menjadi sinyal elektromagnetik, lalu meradiasikannya (Pelepasan energy elektromagnetik ke udara / ruang bebas). Dan sebaliknya, antena juga dapat berfungsi untuk menerima sinyal elektromagnetik (Penerima energy elektromagnetik dari ruang bebas ) dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Pada radar atau sistem komunikasi satelit, sering dijumpai sebuah antena yang melakukan kedua fungsi (peradiasi dan penerima) sekaligus. Namun, pada sebuah teleskop radio, antena hanya menjalankan fungsi penerima saja.

Karakter antena

Ada beberapa karakter penting antena yang perlu dipertimbangkan dalam memilih jenis antena untuk suatu aplikasi (termasuk untuk digunakan pada sebuah teleskop radio), yaitu pola radiasi, directivity, gain, dan polarisasi. Karakter-karakter ini umumnya sama pada sebuah antena, baik ketika antena tersebut menjadi peradiasi atau menjadi penerima, untuk suatu frekuensi, polarisasi, dan bidang irisan tertentu. Misalnya, David Welkinson (0806322514) ingin membeli antena maka untuk mendapatkan antena yang sesuai dengan fungsi yang dinginkan, ia harus memimilih antena dengan karakter yang sesuai dengan fungsi yang dia inginkan.

• Pola radiasi

Pola radiasi antena adalah plot 3-dimensi distribusi sinyal yang dipancarkan oleh sebuah antena, atau plot 3-dimensi tingkat penerimaan sinyal yang diterima oleh sebuah antena. Pola radiasiantena dibentuk oleh dua buah pola radiasi berdasar bidang irisan, yaitu pola radiasi pada bidang irisan arah elevasi (pola elevasi) dan pola radiasi pada bidang irisan arah azimuth (pola azimuth).

Kedua pola di atas akan membentuk pola 3-dimensi. Pola radiasi 3-dimensi inilah yang umum disebut sebagai pola radiasi antena dipol. Sebuah antena yang meradiasikan sinyalnya sama besar ke segala arah disebut sebagai antena isotropis. Antena seperti ini akan memiliki pola radiasi berbentuk bola Namun, jika sebuah antena memiliki arah tertentu, di mana pada arah tersebut distribusi sinyalnya lebih besar dibandingkan pada arah lain, maka antena ini akan memiliki directivity Semakin spesifik arah distribusi sinyal oleh sebuah antena, maka directivity antena tersebut.

Antena dipol termasuk non-directive antenna. Dengan karakter seperti ini, antena dipol banyak dimanfaatkan untuk sistem komunikasi dengan wilayah cakupan yang luas. Pada astronomi radio, antena dipol digunakan pada teleskop radio untuk melakukan pengamatan pada rentang High Frekuensi (HF). Bentuk data yang dapat diperoleh adalah variabilitas intensitas sinyal yang dipancarkan oleh sebuah objek astronomi. Namun, karena antena dipol tidak memiliki directivity pada arah tertentu, teleskop radio elemen tunggal yang menggunakan antena jenis ini tidak dapat digunakan untuk melakukan pencitraan.

• Gain

Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnya, atau penerimaan sinyal dari arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah desibel.

• Polarisasi

Polarisasi didefinisikan sebagai arah rambat dari medan listrik. Antena dipol memiliki polarisasi linear vertikal . Mengenali polarisasi antena amat berguna dalam sistem komunikasi, khususnya untuk mendapatkan efisiensi maksimum pada transmisi sinyal. Pada astronomi radio, tujuan mengenali polarisasi sinyal yang dipancarkan oleh sebuah objek astronomi adalah untuk mempelajari medan magnetik dari objek tersebut.
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pola radiasi, yang pertama adalah Half-power Beamwidth (HPBW), atau yang biasa dikenal sebagai beanwidth suatu antena. Dalam astronomi radio, beamwidth adalah resolusi spasial dari sebuah teleskop radio, yaitu diameter sudut minimun dari dua buah titik yang mampu dipisahkan oleh teleskop radio tersebut. Secara teori, beamwidth untuk antena yang berbentuk parabola dapat ditentukan.

Antena Directional

Antena jenis ini merupakan jenis antena dengan narrow beamwidth, yaitu punya sudut pemancaran yang kecil dengan daya lebih terarah, jaraknya jauh dan tidak bisa menjangkau area yang luas, antena directional mengirim dan menerima sinyal radio hanya pada satu arah, umumnya pada fokus yang sangat sempit, dan biasanya digunakan untuk koneksi point to point, atau multiple point, macam antena direktional seperti antena grid, dish "parabolic", yagi, dan antena sectoral.

Antena Omni-Directional

Antena ini mempunyai sudut pancaran yang besar (wide beamwidth) yaitu 3600; dengan daya lebih meluas, jarak yang lebih pendek tetapi dapat melayani area yang luas Omni antena tidak dianjurkan pemakaian-nya, karena sifatnya yang terlalu luas se-hingga ada kemungkinan mengumpulkan sinyal lain yang akan menyebabkan inter-ferensi. antena omnidirectional mengirim atau menerima sinyal radio dari semua arah secara sama, biasanya digunakan untuk koneksi multiple point atau hotspot.

Type Antena

1. Antena Omnidirectional


Sebuah antena Omnidirectional adalah antena daya sistem yang memancar secara seragam dalam satu pesawat dengan bentuk pola arahan dalam bidang tegak lurus. This pattern is often described as "donut shaped". Pola ini sering digambarkan sebagai "donat berbentuk". Omnidirectional antenna can be used to link multiple directional antenna in outdoor point-to-multipoint communication systems including cellular phone connections and TV broadcasts. Antena Omnidirectional dapat digunakan untuk menghubungkan beberapa antena directional di outdoor point-to-multipoint komunikasi systems termasuk sambungan telepon selular dan siaran TV.

Antena omni mempunyai sifat umum radiasi atau pancaran sinyal 360-derajat yang tegak lurus ke atas. Omnidirectional antena secara normal mempunyai gain sekitar 3-12 dBi. Yang digunakan untuk hubungan Point-To-Multi-Point ( P2Mp) atau stu titik ke banyak titik di sekitar daerah pancaran. Yang baik bekerja dari jarak 1-5 km, akan menguntungkan jika client atau penerima menggunalan directional antenna atau antenna yang ter arah.Yang ditunjukkan di bawah adalah pola pancaran khas RFDG 140 omnidirectional antena. Radiasi yang horisontal dengan pancaran 360-derjat. Radiasi yang horisontal pada dasarnya E-Field.yang berbeda dengan, polarisasi yang vertikal adalah sangat membatasi potongan sinyal yang di pancarkan. Antena ini akan melayani atau hanya memberi pancaran sinyal pada sekelilingnya atau 360 derjat, sedamgkan pada bagian atas antena tidak memiliki sinyal radiasi.

Pola radiasi dari antenna Omni

2. Antena Grid


Antena ini merupakan salah satu antena wifi yang populer. Sudut pola pancaran antena ini lebih fokus pada titik tertentu sesuai pemasangannya.

3. Antena Parabolik

– Dipakai untuk jarak menengah atau jarak jauh
– Gain-nya bisa antara 18 sampai 28 dBi

Pola radiasi dari antena Parabolik

Kelebihan antenna parabola

• Dapat digunakan untuk menerima 3 satellite sekaligus tanpa harus menggerakkan antenna.
• Dapat menampilkan gambar dari semua TV dari satelit yang ditangkap dalam sekejap.
• Kondisi permanent sehingga tidak gampang goyah terhadap posisi.
• Signal quality dapat maksimum

Kekurangan antenna parabola

• Tidak dapat digunakan menangkap satelit lebih dari 5
• Membutuhkan lebih banyak LNBF
• Channel yang diterima lebih sedikit

4. Antena Sectoral

Antena Sectoral hampir mirip dengan antena omnidirectional. Yang juga digunakan untuk Access Point to serve a Point-to-Multi-Point (P2MP) links. Beberapa antenna sectoral dibuat tegak lurus , dan ada juga yang horizontal.
Antena sectoral mempunyai gain jauh lebih tinggi dibanding omnidirectional antena di sekitar 10-19 dBi. Yang bekerja pada jarak atau area 6-8 km. Sudut pancaran antenna ini adalah 45-180 derajat dan tingkat ketinggian pemasangannya harus diperhatikan agar tidak terdapat kerugian dalam penangkapan sinyal.

Pola pancaran yang horisontal kebanyakan memancar ke arah mana antenna ini di arahkan sesuai dengan jangkauan dari derajat pancarannya, sedangkan pada bagian belakang antenna tidak memiliki sinyal pancaran.
Antenna sectoral ini jika di pasang lebih tinggi akan menguntungkan penerimaan yang baik pada suatu sector atau wilayah pancaran yang telah di tentukan.

Pola radiasi dari antena Sektoral

Read More..