Antena adalah perangkat yang berfungsi sebagai antarmuka antara sirkuit listrik dan ruang, yang dirancang untuk mengirim dan menerima gelombang elektromagnetik dalam rentang frekuensi tertentu sesuai dengan ukuran dan bentuknya sendiri. Itu terbuat dari logam, terutama tembaga atau aluminium, antena pemancar dapat mengubah arus listrik menjadi radiasi elektromagnetik dan sebaliknya. Setiap perangkat nirkabel berisi setidaknya satu antena.
Gelombang radio jaringan nirkabel
Saat kebutuhan komunikasi nirkabel muncul, antena dibutuhkan. Ia memiliki kemampuan untuk mengirim atau menerima gelombang elektromagnetik untuk berkomunikasi di mana sistem kabel tidak dapat diinstal.
Antena adalah elemen kunci dari teknologi nirkabel ini. Gelombang radio mudah dibuat dan digunakan secara luas untuk komunikasi dalam dan luar ruangan karena kemampuannya untuk menembus gedung dan menempuh jarak yang jauh.
Fitur utama antena pemancar:
- Karena transmisi radio bersifat omnidirectional, kebutuhan untuk pencocokan fisikpemancar dan penerima diperlukan.
- Frekuensi gelombang radio menentukan banyak karakteristik transmisi.
- Pada frekuensi rendah, gelombang dapat dengan mudah melewati rintangan. Namun, kekuatan mereka menurun dengan kuadrat jarak yang terbalik.
- Gelombang frekuensi tinggi lebih mungkin diserap dan dipantulkan pada rintangan. Karena jangkauan transmisi gelombang radio yang panjang, gangguan antar transmisi menjadi masalah.
- Pada pita VLF, LF dan MF, perambatan gelombang, juga disebut gelombang tanah, mengikuti kelengkungan Bumi.
- Jangkauan transmisi maksimum gelombang ini adalah beberapa ratus kilometer.
- Antena pemancar digunakan untuk transmisi bandwidth rendah seperti siaran modulasi amplitudo (AM).
- Transmisi pita HF dan VHF diserap oleh atmosfer di dekat permukaan bumi. Namun, bagian dari radiasi, yang disebut gelombang langit, menyebar ke luar dan ke atas menuju ionosfer di atmosfer bagian atas. Ionosfer mengandung partikel terionisasi yang dibentuk oleh radiasi matahari. Partikel terionisasi ini memantulkan gelombang langit kembali ke Bumi.
Perambatan gelombang
- Propagasi garis pandang. Di antara semua metode distribusi, ini adalah yang paling umum. Gelombang menempuh jarak minimum yang dapat dilihat dengan mata telanjang. Selanjutnya, Anda perlu menggunakan pemancar penguat untuk meningkatkan sinyal dan mengirimkannya lagi. Propagasi tersebut tidak akan mulus jika terdapat kendala pada jalur transmisinya. Transmisi ini digunakan untuk transmisi inframerah atau gelombang mikro.
- Perambatan gelombang tanah dari antena pemancar. Perambatan gelombang ke tanah terjadi di sepanjang kontur bumi. Gelombang seperti ini disebut gelombang langsung. Gelombang terkadang membengkok karena medan magnet bumi dan mengenai penerima. Gelombang seperti ini bisa disebut gelombang pantul.
- Gelombang yang merambat melalui atmosfer bumi dikenal sebagai gelombang bumi. Gelombang langsung dan gelombang pantul bersama-sama memberikan sinyal di stasiun penerima. Ketika gelombang mencapai penerima, penundaan berhenti. Selain itu, sinyal disaring untuk menghindari distorsi dan amplifikasi untuk keluaran yang jelas. Gelombang ditransmisikan dari satu tempat dan diterima oleh banyak antena transceiver.
Sistem koordinat pengukuran antena
Saat melihat model datar, pengguna akan dihadapkan dengan indikator azimut bidang dan ketinggian bidang pola. Istilah azimuth biasanya muncul dalam kaitannya dengan "horizon" atau "horizontal", sedangkan istilah "ketinggian" biasanya mengacu pada "vertikal". Pada gambar, bidang xy adalah bidang azimut.
Pola bidang azimut diukur saat pengukuran dilakukan dengan menggerakkan seluruh bidang xy di sekitar antena transceiver yang diuji. Bidang elevasi adalah bidang yang ortogonal terhadap bidang xy, seperti bidang yz. Rencana elevasi melintasi seluruh bidang yz di sekitar antena yang diuji.
Sampel (azimuth dan elevasi) sering ditampilkan sebagai plot di kutubkoordinat. Ini memberi pengguna kemampuan untuk dengan mudah memvisualisasikan bagaimana antena memancar ke segala arah, seolah-olah sudah "menunjuk" atau dipasang. Kadang-kadang berguna untuk menggambar pola radiasi dalam koordinat Cartesian, terutama jika ada banyak sidelobe dalam pola dan di mana level sidelobe penting.
Karakteristik komunikasi dasar
Antena adalah komponen penting dari rangkaian listrik apa pun karena menyediakan interkoneksi antara pemancar dan ruang kosong atau antara ruang kosong dan penerima. Sebelum berbicara tentang jenis antena, Anda perlu mengetahui sifat-sifatnya.
Antenna Array - Penyebaran sistematis antena yang bekerja sama. Antena individu dalam array biasanya dari jenis yang sama dan terletak di dekat, pada jarak tetap satu sama lain. Array memungkinkan Anda untuk meningkatkan directivity, kontrol sinar utama radiasi dan sinar samping.
Semua antena adalah gain pasif. Gain pasif diukur dalam dBi, yang terkait dengan antena isotropik teoretis. Diyakini bahwa ia mentransmisikan energi secara merata ke segala arah, tetapi tidak ada di alam. Gain antena dipol setengah gelombang yang ideal adalah 2,15 dBi.
EIRP, atau daya pancaran isotropik ekivalen dari antena pemancar, adalah ukuran daya maksimum yang akan dipancarkan oleh antena isotropik teoretis ke arahkeuntungan maksimal. EIRP memperhitungkan kerugian dari saluran listrik dan konektor dan termasuk keuntungan yang sebenarnya. EIRP memungkinkan daya nyata dan kekuatan medan dihitung jika penguatan pemancar dan daya keluaran aktual diketahui.
Penguatan antena dalam arah
Didefinisikan sebagai rasio penguatan daya dalam arah tertentu dengan penguatan daya antena referensi dalam arah yang sama. Ini adalah praktik standar untuk menggunakan radiator isotropik sebagai antena referensi. Dalam hal ini, emitor isotropik akan lossless, memancarkan energinya secara merata ke segala arah. Ini berarti gain radiator isotropik adalah G=1 (atau 0 dB). Adalah umum untuk menggunakan unit dBi (desibel relatif terhadap radiator isotropik) untuk penguatan relatif terhadap radiator isotropik.
Penguatan, dinyatakan dalam dBi, dihitung menggunakan rumus berikut: GdBi=10Log (GNumerik / GISotropic)=10Log (GNumeric).
Terkadang dipol teoretis digunakan sebagai referensi, sehingga satuan dBd (desibel relatif terhadap dipol) akan digunakan untuk menggambarkan penguatan relatif terhadap dipol. Blok ini biasanya digunakan untuk memperkuat antena omnidirectional gain yang lebih tinggi. Dalam hal ini, gain mereka lebih tinggi sebesar 2,2 dBi. Jadi jika antena memiliki gain 3 dBu, total gain menjadi 5,2 dBi.
3 dB beamwidth
Beamwidth ini (atau setengah beamwidth daya) antena biasanya ditentukan untuk masing-masing bidang utama. Beamwidth 3 dB di setiap bidang didefinisikan sebagai sudut antara titik lobus utama yang dikurangi dari gain maksimum sebesar 3 dB. Beamwidth 3 dB - sudut antara dua garis biru di daerah kutub. Dalam contoh ini, beamwidth 3 dB pada bidang ini adalah sekitar 37 derajat. Antena beamwidth lebar biasanya memiliki gain yang rendah, sedangkan antena beamwidth yang sempit memiliki gain yang lebih tinggi.
Dengan demikian, antena yang mengarahkan sebagian besar energinya ke sinar sempit, setidaknya di satu bidang, akan memiliki penguatan yang lebih tinggi. Rasio depan-ke-belakang (F/B) digunakan sebagai ukuran manfaat yang mencoba menggambarkan tingkat radiasi dari bagian belakang antena terarah. Pada dasarnya, rasio front-to-back adalah rasio gain puncak dalam arah maju dengan gain 180 derajat di belakang puncak. Tentu saja, pada skala DB, rasio depan-ke-belakang hanyalah perbedaan antara penguatan puncak ke depan dan penguatan 180 derajat di belakang puncak.
Klasifikasi antena
Ada banyak jenis antena untuk berbagai aplikasi seperti komunikasi, radar, pengukuran, simulasi pulsa elektromagnetik (EMP), kompatibilitas elektromagnetik (EMC), dll. Beberapa di antaranya dirancang untuk beroperasi di pita frekuensi sempit, sementara yang laindirancang untuk memancarkan/menerima pulsa transien. Spesifikasi Antena Pemancar:
- Struktur fisik antena.
- Pita frekuensi.
- Mode Aplikasi.
Berikut adalah jenis antena menurut struktur fisiknya:
- kawat;
- bukaan;
- reflektif;
- lensa antena;
- antena mikrostrip;
- antena masif.
Berikut ini adalah jenis antena pemancar tergantung pada frekuensi operasi:
- Frekuensi Sangat Rendah (VLF).
- Frekuensi rendah (LF).
- Frekuensi menengah (MF).
- Frekuensi tinggi (HF).
- Frekuensi Sangat Tinggi (VHF).
- Frekuensi Ultra Tinggi (UHF).
- Frekuensi Super Tinggi (SHF).
- gelombang gelombang mikro.
- Gelombang radio.
Berikut ini adalah antena pemancar dan penerima menurut mode aplikasi:
- Koneksi titik-ke-titik.
- Aplikasi siaran.
- Komunikasi radar.
- Komunikasi satelit.
Fitur desain
Memancarkan antena menciptakan radiasi frekuensi radio yang menyebar melalui ruang angkasa. Antena penerima melakukan proses sebaliknya: antena penerima menerima radiasi frekuensi radio dan mengubahnya menjadi sinyal yang diinginkan, seperti suara, gambar di antena pemancar televisi, dan ponsel.
Jenis antena yang paling sederhana terdiri dari dua batang logam dan dikenal sebagai dipol. Salah satu jenis yang paling umum adalahantena monopole yang terdiri dari batang yang ditempatkan secara vertikal ke papan logam besar yang berfungsi sebagai bidang tanah. Pemasangan pada kendaraan biasanya monopole dan atap logam kendaraan berfungsi sebagai ground. Desain antena pemancar, bentuk dan ukurannya menentukan frekuensi operasi dan karakteristik radiasi lainnya.
Salah satu atribut penting dari antena adalah directivity-nya. Dalam komunikasi antara dua target tetap, seperti dalam komunikasi antara dua stasiun transmisi tetap, atau dalam aplikasi radar, antena diperlukan untuk secara langsung mentransmisikan energi transmisi ke penerima. Sebaliknya, ketika pemancar atau penerima tidak stasioner, seperti dalam komunikasi seluler, diperlukan sistem non-arah. Dalam kasus seperti itu, diperlukan antena omnidirectional yang menerima semua frekuensi secara seragam di semua arah bidang horizontal, dan pada bidang vertikal radiasi tidak merata dan sangat kecil, seperti antena pemancar HF.
Mengirim dan menerima sumber
Pemancar adalah sumber utama radiasi RF. Jenis ini terdiri dari konduktor yang intensitasnya berfluktuasi dari waktu ke waktu dan mengubahnya menjadi radiasi frekuensi radio yang merambat melalui ruang. Antena penerima - perangkat untuk menerima frekuensi radio (RF). Ia melakukan transmisi terbalik yang dilakukan oleh pemancar, menerima radiasi RF, mengubahnya menjadi arus listrik di sirkuit antena.
Stasiun penyiaran televisi dan radio menggunakan antena pemancar untuk mengirimkan jenis sinyal tertentu yang berjalan di udara. Sinyal ini dideteksi oleh antena penerima, yang mengubahnya menjadi sinyal dan diterima oleh perangkat yang sesuai seperti TV, radio, ponsel.
Antena penerima radio dan televisi dirancang untuk menerima radiasi frekuensi radio saja dan tidak menghasilkan radiasi frekuensi radio. Perangkat komunikasi seluler, seperti BTS, repeater, dan telepon seluler, memiliki antena pengirim dan penerima khusus yang memancarkan energi frekuensi radio dan melayani jaringan seluler sesuai dengan teknologi jaringan komunikasi.
Perbedaan antara antena analog dan digital:
- Antena analog memiliki penguatan variabel dan beroperasi dalam jangkauan 50 km untuk DVB-T. Semakin jauh pengguna dari sumber sinyal, semakin buruk sinyalnya.
- Untuk menerima TV digital - pengguna menerima gambar yang bagus atau gambar sama sekali. Jika jauh dari sumber sinyal, tidak menerima gambar apapun.
- Antena digital pemancar memiliki filter bawaan untuk mengurangi noise dan meningkatkan kualitas gambar.
- Sinyal analog dikirim langsung ke TV, sedangkan sinyal digital perlu didekodekan terlebih dahulu. Ini memungkinkan Anda untuk memperbaiki kesalahan serta data seperti kompresi sinyal untuk lebih banyak fitur seperti Saluran Ekstra, EPG, TV Berbayar,permainan interaktif, dll.
Pemancar dipol
Antena dipol adalah jenis omnidirectional yang paling umum dan menyebarkan energi frekuensi radio (RF) 360 derajat secara horizontal. Perangkat ini dirancang untuk beresonansi pada setengah atau seperempat panjang gelombang dari frekuensi yang diterapkan. Itu bisa sesederhana dua kawat panjang, atau bisa dienkapsulasi.
Dipole digunakan di banyak jaringan perusahaan, kantor kecil, dan penggunaan di rumah (SOHO). Ini memiliki impedansi khas untuk mencocokkannya dengan pemancar untuk transfer daya maksimum. Jika antena dan pemancar tidak cocok, akan terjadi pantulan pada saluran transmisi, yang akan menurunkan sinyal atau bahkan merusak pemancar.
Fokus terarah
Antena arah memfokuskan daya yang terpancar ke dalam sinar sempit, memberikan penguatan yang signifikan dalam proses ini. Sifatnya juga saling menguntungkan. Karakteristik antena pemancar, seperti impedansi dan penguatan, juga berlaku untuk antena penerima. Inilah sebabnya mengapa antena yang sama dapat digunakan untuk mengirim dan menerima sinyal. Gain antena parabola yang sangat terarah berfungsi untuk memperkuat sinyal yang lemah. Inilah salah satu alasan mengapa mereka sering digunakan untuk komunikasi jarak jauh.
Antena pengarah yang umum digunakan adalah larik Yagi-Uda yang disebut Yagi. Itu ditemukan oleh Shintaro Uda dan rekannya Hidetsugu Yagi pada tahun 1926. Antena yagi menggunakan beberapa elemen untukmembentuk array terarah. Satu elemen yang digerakkan, biasanya sebuah dipol, menyebarkan energi RF, elemen-elemen tepat sebelum dan di belakang elemen yang digerakkan memancarkan kembali energi RF masuk dan keluar dari fase, masing-masing memperkuat dan memperlambat sinyal.
Elemen ini disebut elemen parasit. Elemen di belakang slave disebut reflektor dan elemen di depan slave disebut director. Antena Yagi memiliki beamwidth mulai dari 30 hingga 80 derajat dan dapat memberikan penguatan pasif lebih dari 10 dBi.
Antena parabola adalah jenis antena pengarah yang paling dikenal. Parabola adalah kurva simetris, dan reflektor parabola adalah permukaan yang menggambarkan kurva selama rotasi 360 derajat - sebuah piringan. Antena parabola digunakan untuk hubungan jarak jauh antara bangunan atau area geografis yang luas.
Radiator berpenampang semi-arah
Antena tambalan adalah radiator semi-arah yang menggunakan strip logam datar yang dipasang di atas tanah. Radiasi dari bagian belakang antena secara efektif dipotong oleh bidang tanah, meningkatkan directivity ke depan. Antena jenis ini disebut juga antena mikrostrip. Biasanya persegi panjang dan terbungkus dalam kotak plastik. Antena jenis ini dapat diproduksi dengan metode PCB standar.
Antena tambalan dapat memiliki lebar pancaran dari 30 hingga 180 derajat dankeuntungan khas adalah 9 dB. Antena sectional adalah jenis lain dari antena semi-directional. Antena sektor menyediakan pola radiasi sektor dan biasanya dipasang dalam susunan. Beamwidth untuk antena sektor dapat berkisar dari 60 hingga 180 derajat, dengan 120 derajat sebagai tipikal. Dalam array yang dipartisi, antena dipasang berdekatan satu sama lain, memberikan cakupan 360 derajat penuh.
Membuat antena Yagi-Uda
Selama beberapa dekade terakhir, antena Yagi-Uda telah terlihat di hampir setiap rumah.
Dapat dilihat bahwa ada banyak direktur untuk meningkatkan direktivitas antena. Pengumpan adalah dipol terlipat. Reflektor adalah elemen panjang yang berada di ujung struktur. Spesifikasi berikut harus diterapkan pada antena ini.
| Elemen | Spesifikasi |
| Panjang elemen terkontrol | 0,458λ hingga 0,5λ |
| Panjang reflektor | 0, 55λ - 0,58λ |
| Sutradara durasi 1 | 0.45λ |
| Panjang sutradara 2 | 0,40λ |
| Sutradara durasi 3 | 0,35λ |
| Interval antar direktur | 0.2λ |
| Reflektor untuk jarak antar dipol | 0,35λ |
| Jarak antara dipol dan direktur | 0.125λ |
Berikut adalah keunggulan antena Yagi-Uda:
- Keuntungan tinggi.
- Fokus tinggi.
- Penanganan dan perawatan mudah.
- Lebih sedikit energi yang terbuang.
- Cakupan frekuensi lebih luas.
Berikut kekurangan antena Yagi-Uda:
- Rantai kebisingan.
- Rantai terhadap efek atmosfer.
Jika spesifikasi di atas diikuti, antena Yagi-Uda dapat dirancang. Pola arah antena sangat efisien, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Lobus kecil ditekan dan directivity dari ketukan utama ditingkatkan dengan menambahkan direktur ke antena.
