Laman

Selasa, 19 Maret 2013

Medan Elektromagnetik Pada Antena Dipole


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.
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 :
  1. Antena Biconical
Umumnya Antenna Biconical digunakan pada Antena TV
Gbr 4 Antena Biconical
  1. 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
                                    (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: