BAB I
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Manusia telah menemukan peralatan yang menghasilkan
energi elektromagnetik untuk komunikasi, sensor, dan deteksi, serta keperluan
yang lain. Apapun tujuannya, sebuah sistem harus mentransmisikan energi
elektromagnetik dalam cara yang diinginkan. Saluran transmisi dan pemandu
gelombang (waveguides) adalah contoh
dari sistem tersebut.
Cara lain untuk mentransmisikan energi elktromagnetik adalah dengan mengirimkannnya melalui udara, seperti pada radio dan televisi, atau dengan cara hubungan microwave titik ketitik. Untuk sistem penyiaran, sinyal elektromagnetik harus melingkupi area yang luas; tetapi, untuk komunikasi titik ke titik, sinyal terbatas pada daerah yang sempit. Peralatan yang digunakan untuk memancarkan dan menerima gelombang radio adalah antena.
Cara lain untuk mentransmisikan energi elktromagnetik adalah dengan mengirimkannnya melalui udara, seperti pada radio dan televisi, atau dengan cara hubungan microwave titik ketitik. Untuk sistem penyiaran, sinyal elektromagnetik harus melingkupi area yang luas; tetapi, untuk komunikasi titik ke titik, sinyal terbatas pada daerah yang sempit. Peralatan yang digunakan untuk memancarkan dan menerima gelombang radio adalah antena.
Antena merupakan salah satu bagian yang banyak
dikembangkan dalam dunia telekomunikasi. Antena berfungsi sebagai pengubah
gelombang terbimbing menjadi gelombang bebas, maupun sebaliknya. Pada dasarnya
antena memiliki banyak jenis, dari bentuk yang sederhana sampai bentuk yang
sangat kompleks, yang setiap jenisnya memiliki karakteristik masing-masing.
Keunggulan
suatu sistem telekomunikasi tidak hanya ditentukan oleh kualitas pemancar dan
penerimanya saja, namun juga sangat dipengaruhi oleh kualitas pemancaran dan
penerimaan antena, diantaranya ialah antena dipole. Antena dipole merupakan
antena fundamental untuk pemancaran dan penerimaan gelombang radio. Salah
satu karakteristik antena dipole tunggal yang akan dibahas disini adalah pola radiasi
antena. Pola radiasi antena terjadi karena adanya gelombang elektromagnetik yang
dipancarkan lewat udara bebas dalam suatu bentuk radiasi (pancaran) tertentu dalam
medan radiasi, yaitu medan jauh (Farfield/Fraunhofer)[2,3,4,7,11,15].
Pola radiasi antena bisa berubah-ubah berdasarkan nilai parameter yang
ditentukan sebagai variabel, misalnya faktor pengali panjang gelombang.
B. TUJUAN
Adapun tujuan
penulisan makalah ini adalah :
1.
Mengetahui karakteristik dari antena
dipole
2.
Mengetahui prinsip kerja dari antena
dipole
C. BATASAN
Adapun batasan
masalah penulisan makalah ini adalah :
1.
Bagaimana karakteristik dari antena
dipole
2.
Bagaimana prinsip kerja antena dipole
BAB II
PEMBAHASAN
A. TEORI DASAR
Dipole Hertz
Dipole Hertz
adalah sebuah antena yang pendek yang terdiri dari dari sepotong kawat yang
panjangnya sangat kecil yang mengangkut arus bolak balik I(t). Untuk
mempertahankan arus dalam kawat itu, kita memisalkan dua muatan kawat Q1(t)
dan Q2(t) yang mengakhiri kawat itu di ujungnya, sehingga hukum
kekekalan muatan dipenuhi. Jadi, jika
(2.1)
maka,
(2.2a)
(2.2b)
dan
(2.3a)
(2.3b)
Untuk menentukan
medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh dipol Hertz itu, kita meninjau dipol
itu diletakkan di titik asal dan diorientasikan sepanjang sumbu-z, dalam sebuah
medium dielektrik sempurna. Kita akan menggunakan sebuah pendekatan yang
disarkan pada potensial vektor magnetik dan kita mendapatkan medan listrik dan
medan magnetik yang konsisten dengan persamaan Maxwell, sambil memenuhi
persyaratan tertentu lain yang berhubungan dengan dipol itu. Kita akan memulai dengan
potensial vektor magnetik untuk kasus statik dan kemudian memperluasnya menjadi
elemen arus yang berubah terhadap waktu. Untuk melakukan itu, kita mengingat
kembali bahwa sebuah elemen arus yang panjangnya dl = dl az yang diletakkan di titik
asal, medan magnetik di sebuah titik P(r,
) diberikan oleh
:
(2.4)
Sebatang
logam yang panjangnya Lambda (λ) akan beresonansi dengan baik bila ada gelombang
radio yang menyentuh permukaannya. Jadi bila pada ujung coax bagian inner kita sambung
dengan logam dan outernya di ground, ia akan menjadi antena. Antena semacam ini
hanya mempunyai satu pole dan disebut monopole (mono artinya satu).
Apabila outer dari coax tidak diground dan disambung dengan seutas logam lagi,
menjadi antena dengan dua pole dan disebut dipole.
Gbr 1 Antena Monopole dan Dipole
Antena
dipole bisa terdiri hanya satu kawat saja disebut single wire dipole,
bisa juga dengan dua kawat yang ujungujungnya dihubungkan dinamakan two wire
folded dipole, bisa juga terdiri atas 3 kawat yang ujungujungnya disambung
dinamakan three wire folded dipole.
Gbr 2 Folded Dipole
Antena lain yang juga mempunyai
dua pole adalah antena delta loop
rhombic, quad dan cubical quad. Dalam tulisan ini hanya dibicarakan single wire dipole.
Gbr 3 rhombic, quad dan delta loop
Jenis – Jenis
Antena Dipole
Ada beberapa macam Antenna Dipole antara lain :
- Antena Biconical
Umumnya Antenna Biconical digunakan pada Antena TV
Gbr 4 Antena Biconical
- Cylindrical Antenna
Antena Dipole jenis ini digunakan pada frekuensi
rendah ketika l besar. Konduktor linear pendek sering disebut
dipole pendek.
Gbr 5 Cylindrical Antenna
3. Folded Dipole
Antena
Antena Dipole jenis ini
banyak digunakan untuk antena TV
Daya pancarnya :
Pr = 4x36,56 lo2
Resistansi Radiasi : Ra = 4x73,13 = 292,5 W
Gbr 6 Folded Dipole Antena
4.
Antena Monopole
Antena
ini Banyak digunakan
untuk :
·
Siaran komersial pada AM-band (500-1500 KHz)
·
Pelayanan komunikasi land mobile
Antena monopole terdiri dari setengah antena dipole
yang diletakkan di atas bumi
(biasanya di menara) dengan menggunakan
panjang gelombang(quarter wave antenna).
Resistansi radiasi ideal = 36,56 W
Gbr 7 Antena Monopole
5. Antena Loop
Antena Loop
terdiri dari berbagai konfigurasi, namun memiliki konstruksi dan kesederhanaan
dalam analisis. Antena Loop terdiri dari berbagai bentuk antara lain :
·
Small Loops
·
Medium Loops
·
Large loops
·
AM loops
·
Loopstick
(Ferrite Rod) Antennas
Fungsi
Potensial Vektor dan Skalar
Untuk mengirimkan gelombang
elektromagnetik ke dalam suatu medium, yang harus dipertahankan adalah arus
yang berosilasi di dalam medium. Hal ini terlihat jelas dalam persamaan
Maxwell, seperti di bawah ini:
(2.5)
(2.6)
Jika arus J diketahui, persamaan di atas dapat diselesaikan untuk E dan H. Persamaan Maxwell ini dapat juga diselesaikan dengan dua fungsi
bantuan yaitu potensial vektor dan skalar A
dan Φ. Pertama kita akan menyatakan medan elektromagnetik dengan fungsi
potensial ini, kemudian mendapatkan persamaan differensial parsial untuk A dan Φ, dan terakhir mencari
penyelesaian untuk A dan Φ, di mana
kita dapat menghitung E dan H. Pengenalan fungsi potensial juga
akan memudahkan pemecahan persamaan Maxwell, yang akan diperlihatkan pada
bagian ini.
Potensial vektor A
dinyatakan sebagai
definisi dari
(2.7)
bahwa persamaan Maxwell
. B = 0 dengan sendirinya dipenuhi karena
divergensi dari curl vektor sama dengan nol.
Subtitusi
(2.7) ke dalam Hukum Faraday
menghasilkan
(2.8)
Karena
curl gardien skalar sama dengan nol, kita memilih persamaan berikut untuk
menyatakan potensial skalar Φ :
Φ definisi
dari Φ (2.9)
tanda Φ mengikuti konvensi yang digunakan pada potensial
elektrik statis.
Selanjutnya,
dua dari empat persamaan Maxwell dipenuhi. Persamaan (2.7) tidak secara unik
menggambarkan A. Tinjau
= A +
ψ, dimana ψ adalah fungsi skalar, kemudian,
. Sehingga A dan
memberikan B yang sama.
Untuk
menyatakan A secara unik, kita juga
harus menentukan
, dengan menggunakan kondisi Lorentz:
= 0 (kondisi
Lorentz) (2.10)
kondisi lorentz dipilih menurut prinsip relativitas
kondisi lorentz dipilih menurut prinsip relativitas
(2.11)
Dengan
memperhatikan vektor identitas
dan menerapkan kondisi Lorentz, kita dapatkan
( Persamaan
differensial untuk Ā) (2.12)
Subtitusi
(2.9) ke dalam
dan gunakan kondisi Lorentz
( Persamaan differensial untuk
) (2.13)
Persamaan
(2.12) dan (2.13) terdiri dari empat persamaan skalar, yang dikenal sebagai
persamaan gelombang HelmHoltz inhomogen. Prosedur matematis yang digunakan
untuk menyelesaikan persamaan Helmholtz sangat sulit.
(2.14)
(2.15)
Dimana k =
, r adalah vektor yang menunjukkan posisi
potensial,
adalah posisi vektor sumber, dan
adalah jarak antara
titik pengamatan r dan titik sumber
. Integrasi
merentang semua titik
di mana sumber bukan nol.
Instalasi Antena Dipole
Untuk memperoleh performance yang baik, Antena
Dipole sebaiknya dipasang FLAT TOP pada ketinggian minimum ¼ λ. Jadi untuk
Band 80 meter, antena Dipole sebaiknya dipasang minimum setinggi 20 meter. Arah
pancaran antenna Dipole adalah tegak lurus pada arah kawat antenna dan sejajar dengan
Ground
Gbr
4 Arah Pancaran Gelombang
Untuk memenuhi hal tsb tentunya sangat sulit, terutama
pada Band 160 meter karena ketinggian antena bisa mencapai 40 meter. Usahakan
memasang antena Dipole setinggi mungkin karena unjuk kerjanya untuk DX akan
jauh lebih baik karena sudut elevasinya lebih kecil.
Gbr 5 Sudut elevasi
sekitar 350
jika Dipole dipasang pada ketinggian ½ λ
Gbr
6 sekitar 150 jika dipasang
pada
ketinggian
1 l diatas ground.
Konfigurasi Antena Dipole
Berbagai macam cara untuk
memasang antena tergantung dari tersedianya space yang dapat diguakan untuk
memasangnya. Antena single wire dipole
dapat dipasang horizontal (sayap kiri dan kanan sejajar dengan tanah), dapat
pula dipasang dengan konfigurasi inverted
V (seperti huruf V terbalik), dengan konfigurasi
V (seperti huruf V), konfigurasi lazy
V (ialah berbentuk huruf V yang tidur) atau dapat juga konfigurasi sloper (miring).
Gbr 7 Konfigurasi Antena Dipole
Antena dipole dapat dipasang
tanpa menggunakan balun akan tetapi bila feeder
line menggunakan coaxial cable sebaiknya
dipasang balun 1:1 karena coaxial cable itu
unbalance, sedangkan antenanya balance, agar diperoleh pola radiasi
yang baik.
B. PRINSIP KERJA ANTENA
DIPOLE
Antena Dipole sebenarnya merupakan
sebuah antena yang dibuat dari kawat tembaga dan dipotong sesuai ukuran agar
beresonansi pada frekensi kerja yang diinginkan. Kawat yang dipakai sebaiknya
minimal ukuran AWG (American Wire Gauge ) # 12 atau diameter 2 mm. Lebih besar
akan lebih baik secara mechanical strength. Agar dapat beresonansi, maka
panjang total sebuah Dipole ( L ) adalah 0,5 λ x K, dimana λ
adalah panjang gelombang diudara dan K adalah velocity factor pada kawat
tembaga. Untuk ukuran kawat tembaga yang relatif kecil ( hanya ber-diameter
beberapa mm ) jika dibandingkan setengah panjang gelombang, maka nilai K diambil
sebesar 0,95 dan cukup memadai sebagai awal start.
Sehingga rumus untuk menghitung total
panjang sebuah antena Dipole adalah sbb : Dimana :
f adalah frekwensi
kerja yang diinginkan.
λ adalah panjang
gelombang diudara
L adalah panjang
total antena Dipole
K adalah velocity factor
yang diambil sebesar 0,95.
Antena
Dipole sebenarnya balance, sehingga sebaiknya diumpan melalui sebuah BALUN
(singkatan dari BALance – UNbalance) setelah sebelumnya signal
radio melalui kabel coaxial dari Transceiver.
Antena Dipole sebenarnya balance,
sehingga sebaiknya diumpan melalui sebuah BALUN (singkatan dari BALance
– UNbalance) setelah sebelumnya signal radio melalui kabel coaxial dari
Transceiver. Dengan memakai BALUN, maka beberapa kelebihannya adalah :
·
Performance antena Dipole dapat ditingkatkan.
·
Mengurangi TVI ( Interferensi ke Televisi
).
·
Mengurangi unbalance current.
·
Mengurangi radiasi yang tidak diinginkan.
Walaupun antena Dipole termasuk balance, jika dipasang tanpa
BALUN pun, antena Dipole tsb masih bisa bekerja cukup baik. Antena Dipole
mempunyai gain 0 dB. Mengenai gain antenna, penulis akan mencoba menjelaskannya
dilain kesempatan. Kembali ke rumus diatas, maka panjang antena Dipole untuk
bermacam-macam Band Frekwensi adalah sbb :
Tabel 1
Panjang
Antena dipole
Anda bisa menyesuaikan
Panjang Total antena Dipole sesuai dengan frekwensi kerja yang Anda inginkan. Antena
Dipole selain akan beresonansi pada fundamental frekwensinya, antena tsb juga akan
beresonansi pada kelipatan ganjil frekwensinya. Artinya, antena Dipole yang dipotong
untuk bekerja pada 40 meter Band ( 7 MHz ) juga akan bisa dipakai untuk 15 meter
Band karena 21 MHz merupakan kelipatan 3 dari 7 MHz.
C.
ANALISA
PEMBAHASAN
-
Medan
listrik dari antena dipol besarnya dipengaruhi oleh jarak r dan sudut q
Anggap
bahwa antena pemancar dari stasiun adalah dipol vertikal kecil pada permukaan
tanah. Seseorang dengan penerima berjarak 5 km dari pemancar. Berapa jarak
minimum (horizontal dan vertikal) yang harus ditempuh orang tersebut agar dapat
mendeteksi perubahan intensitas sinyal sebesar 3-dB.
Jawab
:
Jika
orang telah berpindah dari tempatnya dan berhubungan dengan antena, maka dapat
digunakan persamaan
dan dengan
=
900, maka kita dapatkan
Untuk
mengubah ke dB, kita menggunakan logaritma dengan rasio basis 10 dan mengalikan
hasilnya dengan 20:
Pecahkan persamaan
, dan hasilnya adalah
= 7070 m.
Jika
orang telah bergerak vertikal sampai dengan h meter untuk mendeteksi perbedaan
sinyal -3dB, kita dapatkan
Dimana
=
dan
Dengan
mencari pemecahan h kita dapatkan h = 3211 m. Catat bahwa arah dari medan E
pada ketinggian h tidak paralel dengan medan E pada tanah. Arah
pada tanah berbeda dengan arahnya pada
ketinggian h.
-
BAB III
PENUTUP
KESIMPULAN
Antena dipole
adalah sebuah antena yang pendek yang terdiri dari sepotong kawat yang
panjangnya sangat kecil yang mengangkut arus bolak balik. Pada antena dipole,
medan elektromagnetik yang dihasilkan dengan cara meninjau dipol yang
diletakkan di titik asal dan diorientasikan sepanjang sumbu-z, dalam sebuah
medium dielektrik sempurna. Potensial vektor magnetik dapat dijadikan dasar
untuk mendapatkan medan listrik dan medan magnetik yang konsisten dengan
persamaan Maxwell, sambil memenuhi
persyaratan tertentu lain yang berhubungan dengan dipol tersebut. Kita akan
memulai dengan potensial vektor magnetik untuk kasus statik dan kemudian
memperluasnya menjadi elemen arus yang berubah terhadap waktu.
DAFTAR PUSTAKA
·
Sumber Data
-
Narayana Rao,
Nannapani dan Silaban, Pantur. Elemen – Elemen Elektromagnetik Teknik. Jakarta:
Erlangga, 2001
-
Chi Shen, Liang
dan Au Kong, Jin. Aplikasi Elektromagnetik. Jakarta: Erlangga, 1996
-
Kambing.ui.ac.id/onnopurbo/orari-dipole-monopole
-
en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna
·
Sumber Gambar
-
Kambing.ui.ac.id/onnopurbo/orari-dipole-monopole
-
http://eprints.undip.ac.id/28256/
Tidak ada komentar:
Posting Komentar