Teori Antena - Panduan Cepat

Seseorang, yang perlu menyampaikan pemikiran, ide, atau keraguan, dapat melakukannya voice communication.

Ilustrasi berikut memperlihatkan dua individu yang berkomunikasi satu sama lain. Di sini, komunikasi terjadi melaluisound waves. Namun, jika ingin berkomunikasi dua orang yang berada pada jarak yang lebih jauh, maka kita harus mengubah gelombang suara tersebut menjadielectromagnetic waves. Perangkat, yang mengubah sinyal informasi yang diperlukan menjadi gelombang elektromagnetik, dikenal sebagaiAntenna.

Apa itu Antena?

Antena adalah transduser, yang mengubah daya listrik menjadi gelombang elektromagnetik dan sebaliknya.

Antena dapat digunakan sebagai a transmitting antenna atau a receiving antenna.

• SEBUAH transmitting antenna adalah satu, yang mengubah sinyal listrik menjadi gelombang elektromagnetik dan meradiasikannya.

• SEBUAH receiving antenna adalah satu, yang mengubah gelombang elektromagnetik dari sinar yang diterima menjadi sinyal listrik.

• Dalam komunikasi dua arah, antena yang sama dapat digunakan untuk transmisi dan penerimaan.

Antena juga bisa disebut sebagai Aerial. Jamak itu adalah,antennae atau antennas. Saat ini antena telah banyak mengalami perubahan, sesuai dengan ukuran dan bentuknya. Ada banyak jenis antena tergantung pada keragaman aplikasinya.

Gambar berikut adalah contoh berbagai jenis Antena.

Dalam bab ini, Anda akan mempelajari konsep dasar antena, spesifikasi, dan jenis antena yang berbeda.

Kebutuhan Antena

Di bidang sistem komunikasi, setiap kali kebutuhan akan komunikasi nirkabel muncul, muncul kebutuhan akan antena. Antennamemiliki kemampuan untuk mengirim atau menerima gelombang elektromagnetik untuk kepentingan komunikasi, di mana Anda tidak dapat berharap untuk memasang sistem kabel. Skenario berikut menjelaskan hal ini.

Skenario

Untuk menghubungi daerah terpencil, kabel harus dipasang di seluruh rute sepanjang lembah, pegunungan, jalan setapak yang membosankan, terowongan, dll., Untuk mencapai lokasi terpencil. Evolusi teknologi nirkabel telah membuat seluruh proses ini menjadi sangat sederhana. Antena adalah elemen kunci dari teknologi nirkabel ini.

Pada gambar di atas, antena membantu terjalinnya komunikasi di seluruh wilayah, termasuk lembah dan pegunungan. Proses ini jelas akan lebih mudah daripada memasang sistem kabel di seluruh area.

Mekanisme Radiasi

Satu-satunya fungsi antena adalah power radiationatau resepsi. Antena (baik itu mengirim atau menerima atau melakukan keduanya) dapat dihubungkan ke sirkuit di stasiun melalui saluran transmisi. Fungsi antena tergantung pada mekanisme radiasi saluran transmisi.

Konduktor, yang dirancang untuk membawa arus pada jarak yang jauh dengan kerugian minimum, disebut sebagai a transmission line. Misalnya kabel yang dihubungkan ke antena. Sebuah saluran transmisi yang mengalirkan arus dengan kecepatan yang seragam, dan saluran tersebut lurus dengan jangkauan yang tak terhingga,radiates no power.

Untuk saluran transmisi, untuk menjadi pandu gelombang atau untuk memancarkan daya, harus diproses seperti itu.

• Jika daya harus dipancarkan, meskipun konduksi arus dengan kecepatan seragam, kabel atau saluran transmisi harus dibengkokkan, dipotong atau diakhiri.

• Jika saluran transmisi ini memiliki arus, yang dipercepat atau diperlambat dengan konstanta waktu yang berbeda-beda, ia meradiasikan daya meskipun kabelnya lurus.

• Perangkat atau tabung, jika dibengkokkan atau diakhiri untuk memancarkan energi, maka disebut sebagai waveguide. Ini terutama digunakan untuk transmisi atau penerimaan gelombang mikro.

Ini dapat dipahami dengan baik dengan mengamati diagram berikut -

Diagram di atas mewakili pandu gelombang, yang bertindak sebagai antena. Daya dari saluran transmisi bergerak melalui pandu gelombang yang memiliki bukaan, untuk memancarkan energi.

Jenis Dasar Antena

Antena dapat dibagi menjadi berbagai jenis tergantung pada -

• Struktur fisik antena.

• Rentang frekuensi operasi.

• Mode aplikasi dll.

Struktur fisik

Berikut jenis-jenis antena menurut struktur fisiknya. Anda akan mempelajari tentang antena ini di bab selanjutnya.

• Antena kawat
• Antena bukaan
• Antena reflektor
• Antena lensa
• Antena strip mikro
• Antena larik

Frekuensi operasi

Berikut adalah jenis-jenis antena menurut frekuensi pengoperasiannya.

• Frekuensi Sangat Rendah (VLF)
• Frekuensi Rendah (LF)
• Frekuensi Sedang (MF)
• Frekuensi Tinggi (HF)
• Frekuensi Sangat Tinggi (VHF)
• Frekuensi Ultra Tinggi (UHF)
• Frekuensi Super Tinggi (SHF)
• Gelombang mikro
• Gelombang radio

Mode Aplikasi

Berikut adalah jenis antena menurut mode aplikasi -

• Komunikasi point-to-point
• Aplikasi penyiaran
• Komunikasi radar
• Komunikasi satelit

Parameter komunikasi dasar dibahas dalam bab ini untuk mendapatkan gambaran yang lebih baik tentang komunikasi nirkabel menggunakan antena. Komunikasi nirkabel dilakukan dalam bentuk gelombang. Oleh karena itu, kita perlu melihat sifat-sifat gelombang dalam komunikasi tersebut.

Pada bab ini, kita akan membahas tentang parameter berikut -

• Frequency
• Wavelength
• Pencocokan impedansi
• VSWR & daya pantul
• Bandwidth
• Persentase bandwidth
• Intensitas radiasi

Sekarang, mari kita pelajari secara detail.

Frekuensi

Menurut definisi standar, “Laju pengulangan gelombang selama periode waktu tertentu, disebut sebagai frequency. ”

Sederhananya, frekuensi mengacu pada proses seberapa sering suatu peristiwa terjadi. Gelombang periodik berulang setelah setiap‘T’ detik (jangka waktu). Frequency Gelombang periodik tidak lain adalah kebalikan dari periode waktu (T).

Ekspresi Matematika

Secara matematis ditulis seperti gambar di bawah ini.

$$f = \frac{1}{T}$$

Dimana

• f adalah frekuensi gelombang periodik.

• T adalah periode waktu di mana gelombang berulang.

Unit

Satuan frekuensi adalah Hertz, disingkat Hz.

Gambar yang diberikan di atas mewakili gelombang sinus, yang diplot di sini untuk Tegangan dalam milivolt terhadap waktu dalam milidetik. Gelombang ini berulang setiap 2t milidetik. Jadi, periode waktu, T = 2t milidetik dan frekuensi,$f = \frac{1}{2T}KHz$

Panjang gelombang

Menurut definisi standar, “Jarak antara dua titik maksimum yang berurutan (puncak) atau antara dua titik minimum yang berurutan (palung) dikenal sebagai wavelength. ”

Sederhananya, jarak antara dua puncak positif langsung atau dua puncak negatif langsung tidak lain adalah panjang gelombang itu. Itu bisa disebut sebagaiWavelength.

Gambar berikut menunjukkan bentuk gelombang periodik. Ituwavelength (λ)dan amplitudo dilambangkan pada gambar. Semakin tinggi frekuensinya, semakin kecil panjang gelombangnya dan sebaliknya.

Ekspresi Matematika

Rumus panjang gelombang adalah,

$$\lambda = \frac{c}{f}$$

Dimana

• λ adalah panjang gelombang

• c adalah kecepatan cahaya ($3 * 10^{8}$ meter / detik)

• f adalah frekuensinya

Unit

Panjang gelombangnya λdinyatakan dalam satuan panjang seperti meter, kaki, atau inci. Istilah yang umum digunakan adalahmeters.

Pencocokan Impedansi

Menurut definisi standar, "Nilai perkiraan impedansi pemancar, bila sama dengan nilai perkiraan impedansi penerima, atau sebaliknya, ini disebut sebagai Impedance matching. ”

Pencocokan impedansi diperlukan antara antena dan sirkuit. Impedansi antena, saluran transmisi, dan sirkuit harus sama sehinggamaximum power transfer terjadi antara antena dan penerima atau pemancar.

Perlunya Pencocokan

Perangkat resonan adalah salah satu yang memberikan keluaran lebih baik pada pita frekuensi sempit tertentu. Antena seperti ituresonant devices yang impedansinya jika cocok, memberikan keluaran yang lebih baik.

• Daya yang dipancarkan oleh antena, akan secara efektif dipancarkan, jika antenna impedance cocok dengan impedansi ruang bebas.

• Untuk sebuah receiver antenna, impedansi keluaran antena harus sesuai dengan impedansi masukan dari rangkaian penguat penerima.

• Untuk sebuah transmitter antenna, impedansi masukan antena harus sesuai dengan impedansi keluaran penguat pemancar, bersama dengan impedansi saluran transmisi.

Unit

Satuan impedansi (Z) adalah Ohms.

VSWR & Daya Tercermin

Menurut definisi standar, “Rasio tegangan maksimum dengan tegangan minimum dalam gelombang berdiri dikenal sebagai Voltage Standing Wave Ratio. ”

Jika impedansi antena, saluran transmisi, dan sirkuit tidak cocok satu sama lain, daya tidak akan dipancarkan secara efektif. Sebaliknya, sebagian kekuatan dipantulkan kembali.

Fitur utamanya adalah -

• Istilah, yang menunjukkan ketidakcocokan impedansi VSWR.

• VSWRsingkatan dari Voltage Standing Wave Ratio. Itu juga disebut sebagaiSWR.

• Semakin tinggi ketidakcocokan impedansi, semakin tinggi nilainya VSWR.

• Nilai ideal VSWR harus 1: 1 untuk radiasi efektif.

• Daya yang dipantulkan adalah daya yang terbuang dari daya maju. Baik daya pantul maupun VSWR menunjukkan hal yang sama.

Bandwidth

Menurut definisi standar, “Pita frekuensi dalam panjang gelombang, yang ditentukan untuk komunikasi tertentu, dikenal sebagai bandwidth. ”

Sinyal saat dikirim atau diterima, dilakukan melalui rentang frekuensi. Rentang frekuensi tertentu ini dialokasikan untuk sinyal tertentu, sehingga sinyal lain tidak dapat mengganggu transmisi.

• Bandwidth adalah pita frekuensi antara frekuensi yang lebih tinggi dan lebih rendah di mana sinyal ditransmisikan.

• Bandwidth setelah dialokasikan, tidak dapat digunakan oleh orang lain.

• Seluruh spektrum dibagi menjadi bandwidth untuk dialokasikan ke pemancar yang berbeda.

Bandwidth, yang baru saja kita diskusikan juga bisa disebut sebagai Absolute Bandwidth.

Persentase Bandwidth

Menurut definisi standar, “Rasio bandwidth absolut ke frekuensi tengah dari bandwidth itu dapat disebut sebagai percentage bandwidth. ”

Frekuensi tertentu dalam pita frekuensi, di mana kekuatan sinyal maksimum, disebut sebagai resonant frequency. Itu juga disebut sebagaicenter frequency (fC) dari band.

• Frekuensi yang lebih tinggi dan lebih rendah dilambangkan sebagai f_H and f_L masing-masing.

• Bandwidth absolut diberikan oleh- f_H - f_L.

• Untuk mengetahui seberapa lebar bandwidth juga fractional bandwidth atau percentage bandwidth harus dihitung.

Ekspresi Matematika

Itu Percentage bandwidth dihitung untuk mengetahui seberapa banyak variasi frekuensi yang dapat ditangani oleh suatu komponen atau sistem.

$$Percentage\ bandwidth = \frac{absolute\ bandwidth}{center frequency} = \frac{f_{H} - f_{L}}{f_{c}}$$

Dimana

• ${f_{H}}$ adalah frekuensi yang lebih tinggi

• ${f_{L}}$ adalah frekuensi yang lebih rendah

• ${f_{c}}$ adalah frekuensi tengah

Semakin tinggi persentase bandwidth, semakin lebar bandwidth saluran tersebut.

Intensitas Radiasi

“Radiation intensity didefinisikan sebagai kekuatan per satuan sudut padat "

Radiasi yang dipancarkan dari antena yang semakin kuat ke arah tertentu menunjukkan intensitas maksimum dari antena tersebut. Emisi radiasi semaksimal mungkin tidak lain adalah intensitas radiasi.

Ekspresi Matematika

Intensitas Radiasi diperoleh dengan mengalikan daya yang dipancarkan dengan kuadrat jarak radial.

$$U = r^{2} \times W_{rad}$$

Dimana

• U adalah intensitas radiasi

• r adalah jarak radial

• W_rad adalah kekuatan yang terpancar.

Persamaan di atas menunjukkan intensitas radiasi antena. Fungsi jarak radial juga diindikasikan sebagaiΦ.

Unit

Satuan intensitas radiasi adalah Watts/steradian atau Watts/radian².

Intensitas radiasi antena sangat erat kaitannya dengan arah pancaran sinar dan efisiensi pancaran ke arah tersebut. Dalam bab ini, mari kita lihat istilah-istilah yang berhubungan dengan topik-topik ini.

Directivity

Menurut definisi standar, “Rasio intensitas radiasi maksimum dari antena subjek dengan intensitas radiasi dari antena isotropik atau referensi, yang memancarkan daya total yang sama disebut directivity. ”

Antena memancarkan daya, tetapi arah pemancarannya sangat penting. Antena, yang kinerjanya sedang diamati, disebut sebagaisubject antenna.

Nya radiation intensitydifokuskan ke arah tertentu, saat mentransmisikan atau menerima. Oleh karena itu, antena dikatakan memilikinyadirectivity ke arah itu.

• Rasio intensitas radiasi dalam arah tertentu dari antena ke intensitas radiasi yang dirata-ratakan di semua arah, disebut sebagai pengarahan.

• Jika arah tertentu tidak ditentukan, maka arah di mana intensitas maksimum diamati, dapat diambil sebagai pengarahan antena tersebut.

• Directivity antena non-isotropik sama dengan rasio intensitas radiasi dalam arah tertentu dengan intensitas radiasi sumber isotropik.

Ekspresi Matematika

Daya yang dipancarkan adalah fungsi dari posisi sudut dan jarak radial dari rangkaian. Oleh karena itu, hal itu diungkapkan dengan mempertimbangkan kedua istilah tersebutθ dan Ø.

$$Directivity = \frac{Maximum\ radiation\ intensity\ of\ subject\ antenna}{Radiation \ intensity \ of \ an\ isotropic \ antenna}$$ $$D = \frac{\phi(\theta,\phi)_{max}(from \ subject\ antenna)}{\phi_{0}(from \ an \ isotropic \ antenna) }$$

Dimana

• ${\phi(\theta,\phi)_{max}}$ adalah intensitas radiasi maksimum dari antena subjek.

• ${\phi_{0}}$ adalah intensitas radiasi antena isotropik (antena dengan kerugian nol).

Efisiensi Aperture

Menurut definisi standar, "Aperture efficiency antena, adalah rasio area radiasi efektif (atau area efektif) dengan area fisik apertur. "

Antena memiliki bukaan di mana daya dipancarkan. Radiasi ini harus efektif dengan kerugian minimum. Area fisik apertur juga harus dipertimbangkan, karena keefektifan radiasi bergantung pada area apertur, secara fisik pada antena.

Ekspresi Matematika

Ekspresi matematis untuk efisiensi bukaan adalah sebagai berikut -

$$\varepsilon_{A} = \frac{A_{eff}}{A_{p}}$$

dimana

• $\varepsilon_{A}$ adalah Efisiensi Apertur.

• ${A_{eff}}$ adalah area yang efektif.

• ${A_{p}}$ adalah area fisik.

Efisiensi Antena

Menurut definisi standar, "Antenna Efficiency adalah rasio daya radiasi antena terhadap daya input yang diterima antena. ”

Sederhananya, Antena dimaksudkan untuk memancarkan daya yang diberikan pada inputnya, dengan kerugian minimum. Efisiensi antena menjelaskan seberapa besar antena mampu mengirimkan keluarannya secara efektif dengan kerugian minimum di saluran transmisi.

Ini juga disebut sebagai Radiation Efficiency Factor antena.

Ekspresi Matematika

Ekspresi matematis untuk efisiensi antena diberikan di bawah ini -

$$\eta_{e} = \frac{P_{rad}}{P_{input}}$$

Dimana

• $\eta_{e}$adalah efisiensi antena.

• ${P_{rad}}$ adalah kekuatan yang terpancar.

• ${P_{input}}$ adalah daya input untuk antena.

Mendapatkan

Menurut definisi standar, "Gain antena adalah rasio intensitas radiasi dalam arah tertentu dengan intensitas radiasi yang akan diperoleh jika daya yang diterima oleh antena diradiasikan secara isotropis. "

Sederhananya, penguatan antena memperhitungkan arah antena bersama dengan kinerja efektifnya. Jika daya yang diterima oleh antena diradiasikan secara isotropis (artinya ke segala arah), maka intensitas radiasi yang diperoleh dapat dijadikan acuan.

• Syarat antenna gain menjelaskan berapa banyak daya yang ditransmisikan ke arah radiasi puncak ke sumber isotropik.

• Gain biasanya diukur dB.

• Tidak seperti direktivitas, penguatan antena juga memperhitungkan kerugian yang terjadi dan karenanya berfokus pada efisiensi.

Ekspresi Matematika

Persamaan gain, G adalah seperti di bawah ini.

$$G = \eta_{e}D$$

Dimana

• G adalah penguatan antena.

• $\eta_{e}$adalah efisiensi antena.

• D adalah pengarahan antena.

Unit

Satuan keuntungannya adalah decibels atau sederhananya dB.

Setelah parameter antena dibahas pada bab sebelumnya, topik penting lain yang perlu dipertimbangkan adalah daerah medan dekat dan medan jauh antena.

Intensitas radiasi bila diukur lebih dekat ke antena, berbeda dari apa yang jauh dari antena. Meskipun area tersebut jauh dari antena, namun dianggap efektif, karena intensitas radiasi masih tinggi.

Dekat Lapangan

Medan, yang lebih dekat ke antena, disebut sebagai near-field. Ini memiliki efek induktif dan karenanya juga dikenal sebagaiinductive field, meski memiliki beberapa komponen radiasi.

Medan jauh

Medan yang jauh dari antena disebut sebagai far-field. Itu juga disebut sebagairadiation field, karena efek radiasi tinggi di area ini. Banyak parameter antena bersama dengan arah antena dan pola radiasi antena hanya dipertimbangkan di wilayah ini.

Pola Bidang

Distribusi lapangan dapat dikuantifikasikan dalam hal intensitas lapangan disebut pola lapangan. Artinya, daya yang dipancarkan dari antena ketika diplot, dinyatakan dalam bentuk medan listrik, E (v / m). Oleh karena itu, ini dikenal sebagaifield pattern. Jika dikuantifikasi dalam bentuk daya (W), maka dikenal sebagaipower pattern.

Distribusi grafis dari bidang atau daya yang dipancarkan akan menjadi fungsi dari

• sudut spasial (θ, Ø) untuk medan jauh.

• sudut spasial (θ, Ø) dan jarak radial (r) untuk medan dekat.

Distribusi wilayah medan dekat dan jauh dapat dipahami dengan baik dengan bantuan diagram.

Pola bidang dapat diklasifikasikan sebagai -

• Wilayah medan dekat reaktif dan Wilayah medan dekat memancar - keduanya disebut sebagai medan dekat.

• Wilayah medan jauh yang memancar - disebut medan jauh.

Medan, yang sangat dekat dengan antena reactive near field atau non-radiative fielddimana radiasi tidak dominan. Wilayah di sebelahnya dapat disebut sebagairadiating near field atau Fresnel’s field karena radiasi mendominasi dan distribusi medan sudut, bergantung pada jarak fisik dari antena.

Wilayah di sebelahnya radiating far-fieldwilayah. Di wilayah ini, distribusi medan tidak bergantung pada jarak dari antena. Pola radiasi efektif diamati di wilayah ini.

Radiasi adalah istilah yang digunakan untuk mewakili emisi atau penerimaan gelombang depan pada antena, menentukan kekuatannya. Dalam ilustrasi apapun, sketsa yang digambar untuk merepresentasikan radiasi antena adalah miliknyaradiation pattern. Seseorang dapat dengan mudah memahami fungsi dan arah antena dengan melihat pola radiasi.

Daya saat dipancarkan dari antena memiliki efek di daerah medan dekat dan jauh.

• Secara grafis, radiasi dapat digambarkan sebagai fungsi dari angular position dan radial distance dari antena.

• Ini adalah fungsi matematis dari sifat radiasi antena yang direpresentasikan sebagai fungsi koordinat bola, E (θ, Ø) dan H (θ, Ø).

Pola radiasi

Energi yang dipancarkan oleh antena diwakili oleh Radiation patternantena. Pola Radiasi adalah representasi diagram dari distribusi energi yang dipancarkan ke ruang angkasa, sebagai fungsi arah.

Mari kita lihat pola radiasi energi.

Gambar yang diberikan di atas menunjukkan pola radiasi antena dipol. Energi yang diradiasikan diwakili oleh pola yang digambar ke arah tertentu. Panah mewakili arah radiasi.

Pola radiasi dapat berupa pola medan atau pola daya.

• Itu field patternsdiplot sebagai fungsi medan listrik dan magnet. Mereka diplot pada skala logaritmik.

• Itu power patternsdiplot sebagai fungsi kuadrat dari besarnya medan listrik dan magnet. Mereka diplot pada logaritmik atau umumnya pada skala dB.

Pola Radiasi dalam 3D

Pola radiasi adalah gambar tiga dimensi dan direpresentasikan dalam koordinat bola (r, θ, Φ) dengan asumsi asalnya di pusat sistem koordinat bola. Itu terlihat seperti gambar berikut -

Gambar yang diberikan adalah pola radiasi tiga dimensi untuk sebuah Omni directional pattern. Ini dengan jelas menunjukkan tiga koordinat (x, y, z).

Pola Radiasi dalam 2D

Pola dua dimensi dapat diperoleh dari pola tiga dimensi dengan membaginya menjadi bidang horizontal dan vertikal. Pola resultan ini dikenal sebagaiHorizontal pattern dan Vertical pattern masing-masing.

Gambar tersebut menunjukkan pola radiasi arah Omni di bidang H dan V seperti dijelaskan di atas. Bidang-H mewakili pola Horizontal, sedangkan bidang-V mewakili pola Vertikal.

Formasi lobus

Dalam representasi pola radiasi, kita sering menemukan bentuk yang berbeda, yang menunjukkan daerah radiasi mayor dan minor, yang dengannya radiation efficiency antena diketahui.

Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik, perhatikan gambar berikut, yang merepresentasikan pola radiasi antena dipol.

Disini pola radiasi memiliki lobus utama, lobus samping dan lobus belakang.

• Bagian utama dari bidang radiasi, yang mencakup area yang lebih luas, adalah main lobe atau major lobe. Ini adalah bagian di mana energi radiasi maksimum ada. Arah lobus ini menunjukkan arah antena.

• Bagian lain dari pola di mana radiasi didistribusikan ke bangsal samping side lobes atau minor lobes. Ini adalah area di mana daya terbuang percuma.

• Ada lobus lain yang persis berlawanan dengan arah lobus utama. Ini dikenal sebagaiback lobe, yang juga merupakan lobus minor. Sejumlah besar energi terbuang bahkan di sini.

Contoh

Jika antena yang digunakan dalam sistem radar menghasilkan lobus samping, penelusuran target menjadi sangat sulit. Ini karena, target palsu diindikasikan oleh lobus samping ini. Berantakan untuk melacak yang asli dan mengidentifikasi yang palsu. Karenanya,elimination ini side lobes adalah keharusan, untuk meningkatkan kinerja dan menghemat energi.

Memperbaiki

Energi yang terpancar, yang terbuang dalam bentuk seperti itu perlu dimanfaatkan. Jika lobus minor ini dihilangkan dan energi ini dialihkan ke satu arah (yaitu menuju lobus mayor), makadirectivity antena bertambah yang mengarah pada kinerja antena yang lebih baik.

Jenis pola Radiasi

Jenis pola Radiasi yang umum adalah -

• Pola omni-directional (juga disebut pola non-directional): Pola biasanya berbentuk donat dalam tampilan tiga dimensi. Namun, dalam tampilan dua dimensi, ini membentuk pola angka delapan.

• Pola balok pensil - Balok memiliki pola berbentuk pensil berarah yang tajam.

• Pola balok kipas - Balok memiliki pola berbentuk kipas.

• Pola balok berbentuk - Balok, yang tidak seragam dan tanpa pola dikenal sebagai balok berbentuk.

Titik referensi untuk semua jenis radiasi ini adalah radiasi isotropik. Penting untuk mempertimbangkan radiasi isotropik meskipun tidak praktis.

Pada bab sebelumnya, kita telah membahas pola radiasi. Untuk mendapatkan analisis yang lebih baik mengenai radiasi antena, diperlukan titik referensi. Radiasi antena isotropik, mengisi ruang ini.

Definisi

Isotropic radiation adalah radiasi dari sumber titik, yang memancar secara seragam ke segala arah, dengan intensitas yang sama terlepas dari arah pengukurannya.

Perbaikan pola radiasi antena selalu dinilai dengan menggunakan radiasi isotropik antena tersebut. Jika radiasi sama di semua arah, maka itu dikenal sebagaiisotropic radiation.

• Sumber titik adalah contoh radiator isotropik. Namun, radiasi isotropik ini praktis tidak mungkin, karena setiap antena memancarkan energinya dengan beberapa pengarahan.

• Radiasi isotropik tidak lain adalah Omni-directional radiation.

• Ini memiliki pola berbentuk donat jika dilihat dalam 3D dan pola angka delapan jika dilihat dalam 2D.

Gambar yang diberikan di atas menunjukkan pola radiasi dari pola isotropik atau Omni-directional. Gambar 1 mengilustrasikan pola berbentuk donat dalam 3D dan Gambar 2 mengilustrasikan pola angka delapan dalam 2D.

Mendapatkan

Radiator isotropik memiliki penguatan persatuan, yang berarti memiliki faktor penguatan 1 ke segala arah. Dalam hal dB, ini bisa disebut sebagai keuntungan 0dB (kerugian nol).

Daya Radiasi Isotropik Setara

Menurut definisi standar, “Jumlah daya yang dipancarkan antena isotropis untuk menghasilkan kerapatan daya puncak yang diamati dalam arah penguatan antena maksimum, disebut sebagai Equivalent Isotropic Radiated Power. ”

Jika energi radiasi antena dibuat untuk berkonsentrasi pada satu sisi atau arah tertentu, di mana radiasi setara dengan daya radiasi isotropik antena, radiasi seperti itu akan disebut sebagai EIRP yaitu Daya Radiasi Isotropik Setara.

Mendapatkan

Meskipun radiasi isotropik adalah khayalan, itu adalah yang terbaik yang bisa diberikan antena. Gain dari antena tersebut adalah 3dBi dimana 3dB merupakan faktor 2 dan 'i' merupakan faktor kondisi isotropik.

Jika radiasi difokuskan pada sudut tertentu, maka EIRP meningkat seiring dengan penguatan antena. Penguatan antena paling baik dicapai dengan memfokuskan antena pada arah tertentu.

Daya Radiasi Efektif

Jika daya yang dipancarkan dihitung dengan mengambil dipol setengah gelombang sebagai referensi, daripada antena isotropik, maka itu dapat disebut sebagai ERP (Effective Radiated Power).

$$ERP(dBW) = EIRP(dBW) - 2.15dBi$$

Jika EIRP diketahui, maka ERP dapat dihitung dari rumus yang diberikan di atas.

Bab ini membahas parameter pancaran sinar antena. Parameter ini membantu kita untuk mengetahui tentang spesifikasi balok.

Area Balok

Menurut definisi standar, "Area balok adalah sudut padat yang melaluinya semua daya yang diradiasikan oleh antena akan mengalir jika P (θ, Ø) mempertahankan nilai maksimumnya di atas Ω _A dan nol di tempat lain."

Pancaran pancaran antena keluar dari suatu sudut pada antena yang disebut sudut padat, dimana intensitas radiasi daya maksimum. Inisolid beam angle disebut sebagai beam area. Itu diwakili olehΩ_A.

Intensitas radiasi P (θ, Ø) harus dijaga konstan dan maksimum di seluruh sudut berkas padat Ω _A , nilainya menjadi nol di tempat lain.

$$Power\ radiated = P(\theta,\Phi)\Omega_{A} \:watts$$

Sudut balok adalah sekumpulan sudut antara titik kekuatan setengah dari lobus utama.

Ekspresi Matematika

Persamaan matematis untuk area pancaran adalah

$$\Omega_{A} =\int_{0}^{2\pi}\int_{0}^{\pi}P_{\pi}(\theta,\Phi)d\Omega\ wattts$$ $$d\Omega = \sin\theta\ d\theta\ d\Phi\ watts$$

Dimana

• $\Omega_{A}$ adalah sudut balok padat.
• $\theta$ adalah fungsi posisi sudut.
• $\Phi$ adalah fungsi jarak radial.

Unit

Satuan luas balok adalah watts.

Efisiensi Balok

Menurut definisi standar, “The beam efficiency menyatakan rasio luas balok dari balok utama dengan total luas balok yang diradiasikan. ”

Energi ketika dipancarkan dari antena, diproyeksikan sesuai dengan pengarahan antena. Arah di mana antena memancarkan lebih banyak daya memiliki efisiensi maksimum, sementara sebagian energi hilang di lobus samping. Energi maksimum yang diradiasikan oleh balok, dengan kerugian minimum dapat disebut sebagaibeam efficiency.

Ekspresi Matematika

Ekspresi matematika untuk efisiensi berkas adalah -

$$\eta_{B} = \frac{\Omega_{MB}}{\Omega_{A}}$$

Dimana,

• $\eta_{B}$ adalah efisiensi balok.
• $\Omega_{MB}$ adalah area balok dari balok utama.
• $\Omega_{A}$ adalah sudut balok solid total (beam area).

Polarisasi Antena

Antena dapat dipolarisasi tergantung pada kebutuhan kita. Ini dapat terpolarisasi secara linier atau terpolarisasi secara melingkar. Jenis polarisasi antena menentukan pola pancaran dan polarisasi pada penerimaan atau transmisi.

Polarisasi linier

Ketika gelombang ditransmisikan atau diterima, itu mungkin dilakukan ke arah yang berbeda. Itulinear polarizationantena membantu dalam mempertahankan gelombang ke arah tertentu, menghindari semua arah lainnya. Meskipun polarisasi linier ini digunakan, vektor medan listrik tetap pada bidang yang sama. Oleh karena itu, kami menggunakan polarisasi linier ini untuk meningkatkandirectivity antena.

Polarisasi melingkar

Ketika sebuah gelombang terpolarisasi secara sirkuler, vektor medan listrik tampak berputar dengan semua komponennya kehilangan orientasi. Mode rotasi mungkin juga berbeda pada waktu-waktu tertentu. Namun, dengan menggunakancircular polarization, efek multi-jalur berkurang dan karenanya digunakan dalam komunikasi satelit seperti GPS.

Polarisasi horizontal

Polarisasi horizontal membuat gelombang lemah, karena pantulan dari permukaan bumi mempengaruhinya. Mereka biasanya lemah pada frekuensi rendah di bawah 1GHz.Horizontal polarization digunakan dalam transmisi TV signals untuk mencapai rasio sinyal terhadap noise yang lebih baik.

Polarisasi vertikal

Frekuensi rendah gelombang polarisasi vertikal menguntungkan untuk transmisi gelombang tanah. Ini tidak terpengaruh oleh pantulan permukaan seperti yang terpolarisasi secara horizontal. Oleh karena itu,vertical polarization digunakan untuk mobile communications.

Setiap jenis polarisasi memiliki kelebihan dan kekurangan. Seorang perancang sistem RF bebas memilih jenis polarisasi, sesuai dengan persyaratan sistem.

Dalam bab ini, kita akan membahas tentang faktor penting lain dalam pola radiasi antena, yang dikenal sebagai beam width. Pada pola radiasi antena, main lobe merupakan pancaran utama antena dimana energi maksimum dan konstan yang diradiasikan oleh antena mengalir.

Beam widthadalah sudut apertur dari tempat sebagian besar daya dipancarkan. Dua pertimbangan utama lebar balok ini adalah Lebar Balok Setengah Daya(HPBW) dan Lebar Beam Null Pertama (FNBW).

Lebar Balok Setengah Daya

Menurut definisi standar, "Pemisahan sudut, di mana besarnya pola radiasi berkurang 50% (atau -3dB) dari puncak sinar utama, adalah Half Power Beam Width. ”

Dengan kata lain, lebar balok adalah area di mana sebagian besar daya dipancarkan, yang merupakan daya puncak. Half power beam width adalah sudut di mana daya relatif lebih dari 50% dari daya puncak, dalam bidang antena yang diradiasikan secara efektif.

Indikasi HPBW

Ketika garis ditarik antara asal pola radiasi dan setengah titik kekuatan pada lobus utama, di kedua sisi, sudut antara kedua vektor tersebut disebut sebagai HPBW, lebar balok daya setengah. Ini dapat dipahami dengan baik dengan bantuan diagram berikut.

Gambar menunjukkan titik daya setengah pada lobus utama dan HPBW.

Ekspresi Matematika

Ekspresi matematis untuk lebar berkas setengah kekuatan adalah -

$$Half\: power\: Beam \:with=70\lambda_{/D} $$

Dimana

• $\lambda$ adalah panjang gelombang (λ = 0,3 / frekuensi).

• D adalah Diameter.

Unit

Satuan HPBW adalah radians atau degrees.

Lebar Beam Null Pertama

Menurut definisi standar, "Rentang sudut antara pola pertama nol yang berdekatan dengan lobus utama, disebut sebagai First Null Beam Width. ”

Sederhananya, FNBW adalah pemisahan sudut, dikutip dari berkas utama, yang ditarik antara titik nol pola radiasi, pada lobus utamanya.

Indikasi FNBW

Gambarkan garis singgung pada kedua sisi mulai dari pola asal radiasi, tangensial hingga sinar utama. Sudut antara dua garis singgung tersebut dikenal sebagai Lebar Berkas Null Pertama(FNBW).

Ini bisa lebih dipahami dengan bantuan diagram berikut.

Gambar di atas menunjukkan lebar setengah balok daya dan lebar balok nol pertama, ditandai dalam pola radiasi bersama dengan lobus minor dan mayor.

Ekspresi Matematika

Ekspresi matematika dari Lebar Sinar Null Pertama adalah

$$FNBW = 2 HPBW$$ $$FNBW\:2\left ( 70\lambda/D \right )\:=140\lambda/D$$

Dimana

• $\lambda$ adalah panjang gelombang (λ = 0,3 / frekuensi).
• D adalah Diameter.

Unit

Satuan FNBW adalah radians atau degrees.

Panjang Efektif & Area Efektif

Di antara parameter antena, panjang efektif dan area efektif juga penting. Parameter ini membantu kita mengetahui tentang kinerja antena.

Panjang efektif

Panjang efektif antena digunakan untuk menentukan efisiensi polarisasi antena.

Definition- "Itu Effective length adalah rasio besarnya tegangan pada terminal terbuka antena penerima dengan besarnya kekuatan medan dari depan gelombang datang, dalam arah yang sama dengan polarisasi antena. "

Ketika gelombang datang tiba di terminal masukan antena, gelombang ini memiliki kekuatan medan, yang besarnya tergantung pada polarisasi antena. Polarisasi ini harus sesuai dengan besarnya tegangan pada terminal penerima.

Ekspresi Matematika

Ekspresi matematika untuk panjang efektif adalah -

$$l_{e} = \frac{V_{oc}}{E_{i}}$$

Dimana

• $l_{e}$ adalah panjang efektif.

• $V_{oc}$ adalah tegangan sirkuit terbuka.

• $E_{i}$ adalah kekuatan medan gelombang insiden.

Area yang efektif

Definition - “Effective area adalah area antena penerima, yang menyerap sebagian besar daya dari front gelombang masuk, ke total area antena, yang terpapar ke front gelombang. ”

Seluruh area antena saat menerima, menghadapi gelombang elektromagnetik yang masuk, sedangkan hanya sebagian dari antena, menerima sinyal, yang dikenal sebagai effective area.

Hanya sebagian dari bagian depan gelombang yang diterima yang digunakan karena sebagian dari gelombang tersebut tersebar sementara sebagian lainnya dihamburkan sebagai panas. Oleh karena itu, tanpa mempertimbangkan kerugian, area, yang menggunakan daya maksimum yang diperoleh dari area sebenarnya, dapat disebut sebagaieffective area.

Area efektif diwakili oleh $A_{eff}$.

Antena dapat digunakan sebagai antena pemancar dan antena penerima. Saat menggunakannya, kami mungkin menemukan pertanyaan apakah properti antena dapat berubah saat mode operasinya diubah. Untungnya, kita tidak perlu khawatir tentang itu. Sifat antena yang tidak dapat diubah disebut sebagai milikreciprocity.

Properti di bawah Timbal Balik

Sifat antena pemancar dan penerima yang menunjukkan timbal balik adalah -

• Kesetaraan pola arah.
• Kesetaraan Arah.
• Kesetaraan panjang efektif.
• Kesetaraan impedansi antena.

Mari kita lihat bagaimana ini diterapkan.

Kesetaraan pola arah

Itu radiation pattern dari pemancar antena1, yang memancarkan ke antena penerima2 sama dengan pola radiasi antena2, jika memancarkan dan antena1 menerima sinyal.

Kesetaraan Arah

Directivity sama untuk kedua antena pemancar dan penerima, jika nilai directivity sama untuk kedua kasus yaitu arahnya sama baik dihitung dari daya antena pemancar atau daya antena penerima.

Kesetaraan panjang efektif

Nilai apertur efektif maksimum sama untuk antena pengirim dan penerima. Equality dalam lengths antena pemancar dan penerima dipertahankan sesuai dengan nilai panjang gelombang.

Kesetaraan dalam Impedansi Antena

Impedansi keluaran dari antena pemancar dan impedansi masukan dari antena penerima adalah sama dalam komunikasi yang efektif.

Properti ini tidak akan berubah meskipun antena yang sama dioperasikan sebagai pemancar atau penerima. Oleh karena itu,property of reciprocity diikuti.

Antena memancarkan energi elektromagnetik untuk mengirim atau menerima informasi. Karena itu, istilahnyaEnergy dan Powerdikaitkan dengan gelombang elektromagnetik ini dan kita harus membahasnya. Gelombang elektromagnetik memiliki medan listrik dan magnet.

Pertimbangkan gelombang setiap saat, yang dapat dilihat di kedua vektor. Gambar berikut menunjukkan representasi komponen medan listrik dan magnet dalam gelombang elektromagnetik.

Gelombang listrik hadir vertikal terhadap perambatan gelombang EM, sedangkan gelombang magnet berada secara horizontal. Kedua bidang berada pada sudut siku-siku satu sama lain.

Vektor Poynting

Vektor poynting menjelaskan energi Gelombang EM per satuan waktu per satuan luas pada saat tertentu. John Henry Poynting vektor ini pertama kali diturunkan pada tahun 1884 dan karenanya dinamai menurut namanya.

Definition - "Vektor poynting memberikan kecepatan transfer energi per satuan luas"

atau

Energi yang dibawa gelombang per satuan waktu per satuan luas diberikan oleh vektor Poynting.

Vektor poynting diwakili oleh Ŝ.

Unit

Satuan SI dari vektor Poynting adalah W/m².

Ekspresi Matematika

Kuantitas yang digunakan untuk mendeskripsikan daya yang terkait dengan gelombang elektromagnetik adalah sesaat Poynting vector, yang didefinisikan sebagai

$$\hat{S} = \hat{E} \times \hat{H}$$

Dimana

• $\hat{S}$ adalah vektor Poynting instan (W/m²).

• $\hat{E}$ adalah intensitas medan listrik sesaat (V/m).

• $\hat{H}$ adalah intensitas medan magnet sesaat (A/m).

Hal penting yang perlu diperhatikan di sini adalah bahwa besarnya E lebih besar dari H dalam gelombang EM. Namun, keduanya menyumbangkan energi dalam jumlah yang sama. Ŝ adalah vektor yang memiliki arah dan besaran. Arah Ŝ sama dengan kecepatan gelombang. Besarannya tergantung pada E dan H.

Penurunan Vektor Poynting

Untuk mendapatkan gambaran yang jelas tentang vektor Poynting, mari kita lihat penurunan dari vektor Poynting ini, dalam proses langkah demi langkah.

Mari kita bayangkan bahwa Gelombang EM, melewati area (A) yang tegak lurus dengan sumbu X di mana gelombang bergerak. Saat melewati A, dalam waktu yang sangat kecil (dt), gelombang menempuh jarak (dx).

$$dx = C\ dt$$

Dimana

$$C = velocity\ of\ light = 3\times 10^{8}m/s$$ $$volume, dv = Adx = AC\ dt$$ $$d\mu = \mu\ dv = (\epsilon_{0}E^{2})(AC\ dt)$$ $$= \epsilon_{0} AC \ E^{2}\ dt$$

Oleh karena itu, Energi yang ditransfer dalam waktu (dt) per area (A) adalah -

$$S = \frac{Energy}{Time\times Area} = \frac{dW}{dt\ A} = \frac{\epsilon_{0}ACE^{2}\ dt}{dt\ A} = \epsilon_{0}C\:E^{2}$$

Sejak

$$\frac{E}{H} = \sqrt{\frac{\mu_{0}}{\epsilon_{0}}} \ then\ S= \frac{CB^{2}}{\mu_{0}}$$

Sejak

$$C = \frac{E}{H} \ then \ S = \frac{EB}{\mu_{0}}$$ $$= \hat{S} = \frac{1}{\mu_{0}}(\hat{E}\hat{H})$$

Ŝ menunjukkan vektor Poynting.

Persamaan di atas memberi kita energi per satuan waktu, per satuan luas pada saat tertentu, yang disebut sebagai Poynting vector.

Antena harus diklasifikasikan untuk memahami struktur fisik dan fungsinya dengan lebih jelas. Ada banyak jenis antena tergantung pada aplikasi aplikasinya.

Jenis antena	Contoh	Aplikasi
Antena Kawat	Antena Dipole, Antena Monopole, Antena Helix, Antena Loop	Aplikasi pribadi, gedung, kapal, mobil, kerajinan luar angkasa
Antena Bukaan	Waveguide (bukaan), Antena klakson	Aplikasi flush-mount, pesawat udara, pesawat luar angkasa
Antena Reflektor	Reflektor parabola, Reflektor sudut	Komunikasi gelombang mikro, pelacakan satelit, astronomi radio
Antena Lensa	Lensa bidang cekung, bidang cekung, bidang cekung, cekung cekung	Digunakan untuk aplikasi dengan frekuensi sangat tinggi
Antena strip mikro	Tambalan logam berbentuk persegi panjang berbentuk lingkaran di atas bidang tanah	Pesawat udara, pesawat ruang angkasa, satelit, rudal, mobil, ponsel dll.
Antena Array	Antena Yagi-Uda, Array patch strip mikro, Array Aperture, Array pemandu gelombang berlubang	Digunakan untuk aplikasi penguatan sangat tinggi, sebagian besar saat perlu mengontrol pola radiasi

Mari kita bahas jenis antena yang disebutkan di atas secara mendetail, di bab-bab selanjutnya.

Antena kawat adalah jenis antena dasar. Antena ini terkenal dan banyak digunakan. Untuk mendapatkan gambaran yang lebih baik tentang antena kabel ini, pertama-tama mari kita lihat saluran transmisi.

Jalur Transmisi

Kabel atau transmission linememiliki kekuatan, yang bergerak dari satu ujung ke ujung lainnya. Jika kedua ujung saluran transmisi dihubungkan ke rangkaian, maka informasi akan dikirimkan atau diterima menggunakan kabel ini di antara kedua rangkaian tersebut.

Jika salah satu ujung kabel ini tidak terhubung, daya di dalamnya mencoba keluar. Ini mengarah ke komunikasi nirkabel. Jika salah satu ujung kabel bengkok, maka energi mencoba keluar dari saluran transmisi, lebih efektif daripada sebelumnya. Pelarian yang disengaja ini dikenal sebagaiRadiation.

Agar radiasi berlangsung secara efektif, impedans ujung terbuka saluran transmisi harus sesuai dengan impedansi ruang bebas. Pertimbangkan saluran transmisi dengan ukuran panjang gelombang seperempat. Ujung terjauh dibiarkan terbuka dan ditekuk untuk memberikan impedansi tinggi. Ini bertindak sebagaihalf-wave dipole antenna. Sudah, impedansi rendah di salah satu ujung saluran transmisi. Ujung terbuka, yang memiliki impedansi tinggi, cocok dengan impedansi ruang bebas untuk menghasilkan radiasi yang lebih baik.

Dipol

Radiasi energi ketika dilakukan melalui kawat bengkok, ujung saluran transmisi tersebut disebut sebagai dipole atau antena dipol.

Reaktansi impedansi masukan adalah fungsi dari jari-jari dan panjang dipol. Semakin kecil jari-jari, semakin besar amplitudo reaktansi. Ini sebanding dengan panjang gelombang. Oleh karena itu, panjang dan jari-jari dipol juga harus dipertimbangkan. Biasanya, impedansinya sekitar 72Ω.

Ini lebih baik dipahami dengan bantuan gambar berikut.

Gambar tersebut menunjukkan diagram sirkuit dari dipol normal yang terhubung ke saluran transmisi. Arus untuk dipol maksimum di pusat dan minimum di ujungnya. Tegangan minimum di pusatnya dan maksimum di ujungnya.

Jenis antena kawat termasuk dipol setengah gelombang, dipol lipat setengah gelombang, dipol gelombang penuh, dipol pendek, dan dipol sangat kecil. Semua antena ini akan dibahas di bab selanjutnya.

Antena dipol dipotong dan ditekuk untuk mendapatkan radiasi yang efektif. Panjang kabel total, yang digunakan sebagai dipol, sama dengan setengah panjang gelombang (yaitu, l = λ / 2). Antena semacam itu disebut sebagaihalf-wave dipole antenna. Ini adalah antena yang paling banyak digunakan karena kelebihannya. Itu juga dikenal sebagaiHertz antenna.

Rentang frekuensi

Rentang frekuensi di mana dipol setengah gelombang beroperasi adalah sekitar 3KHz hingga 300GHz. Ini sebagian besar digunakan di penerima radio.

Konstruksi & Pekerjaan Dipole Setengah Gelombang

Ini adalah antena dipol normal, di mana frekuensi operasinya adalah half of its wavelength. Oleh karena itu, ini disebut antena dipol setengah gelombang.

Tepi dipol memiliki tegangan maksimum. Tegangan ini bersifat bolak-balik (AC). Pada puncak positif tegangan, elektron cenderung bergerak ke satu arah dan pada puncak negatif elektron bergerak ke arah lain. Ini dapat dijelaskan dengan gambar yang diberikan di bawah ini.

Gambar yang diberikan di atas menunjukkan cara kerja dipol setengah gelombang.

• Gambar 1 menunjukkan dipol ketika muatan yang diinduksi berada dalam setengah siklus positif. Sekarang elektron cenderung bergerak menuju muatan.

• Gambar 2 menunjukkan dipol dengan muatan negatif yang diinduksi. Elektron di sini cenderung menjauh dari dipol.

• Gambar 3 menunjukkan dipol dengan setengah siklus positif berikutnya. Oleh karena itu, elektron kembali bergerak menuju muatan.

Efek kumulatif ini menghasilkan efek medan bervariasi yang dipancarkan dalam pola yang sama yang dihasilkan di atasnya. Oleh karena itu, keluarannya akan menjadi radiasi efektif yang mengikuti siklus pola tegangan keluaran. Jadi, dipol setengah gelombangradiates effectively.

Gambar di atas menunjukkan distribusi arus dalam setengah gelombang dipol. Directivity dari setengah gelombang dipol adalah 2.15dBi, yang cukup baik. Di mana, 'i' mewakili radiasi isotropik.

Pola radiasi

Pola radiasi dari dipol setengah gelombang ini adalah Omni-directionaldi pesawat-H. Ini diinginkan untuk banyak aplikasi seperti komunikasi seluler, penerima radio, dll.

Gambar di atas menunjukkan pola radiasi setengah gelombang dipol di bidang-H dan bidang-V.

Jari-jari dipol tidak mempengaruhi impedansi masukannya pada dipol setengah gelombang ini, karena panjang dipol ini adalah setengah gelombang dan merupakan panjang resonansi pertama. Antena bekerja secara efektifresonant frequency, yang terjadi pada panjang resonannya.

Keuntungan

Berikut ini adalah keuntungan dari antena dipol setengah gelombang -

• Impedansi masukan tidak sensitif.

• Sangat cocok dengan impedansi saluran transmisi.

• Memiliki panjang yang wajar.

• Panjang antena sesuai dengan ukuran dan arahnya.

Kekurangan

Berikut ini adalah kerugian dari antena dipol setengah gelombang -

• Tidak terlalu efektif karena satu elemen.

• Ini bisa bekerja lebih baik hanya dengan kombinasi.

Aplikasi

Berikut ini adalah aplikasi antena dipol setengah gelombang -

• Digunakan di penerima radio.

• Digunakan di penerima televisi.

• Saat digunakan dengan orang lain, digunakan untuk berbagai macam aplikasi.

Dipol terlipat adalah antena, dengan dua konduktor dihubungkan di kedua sisi, dan dilipat untuk membentuk bentuk silinder tertutup, yang diberi umpan di tengah. Panjang dipol adalah setengah dari panjang gelombang. Oleh karena itu, disebut sebagaihalf wave folded dipole antenna.

Rentang frekuensi

Rentang frekuensi di mana setengah gelombang dipol terlipat beroperasi adalah sekitar 3KHz hingga 300GHz. Ini banyak digunakan di penerima televisi.

Konstruksi & Pekerjaan Dipole Lipat Setengah Gelombang

Antena ini biasanya digunakan dengan antena tipe array untuk meningkatkan resistansi umpan. Yang paling umum digunakan adalah antena Yagi-Uda. Gambar berikut menunjukkan antena dipol lipat setengah gelombang.

Antena ini menggunakan elemen konduktor ekstra (kawat atau batang) jika dibandingkan dengan antena dipol sebelumnya. Ini dilanjutkan dengan menempatkan beberapa elemen konduktor secara paralel, dengan insulasi di antaranya, dalam jenis antena array.

Gambar berikut menjelaskan kerja antena dipol lipat setengah gelombang, jika dilengkapi dengan eksitasi.

Jika diameter konduktor utama dan dipol terlipat sama, maka akan ada empat kali lipat (dua kali kuadrat satu) peningkatan impedansi umpan antena. Peningkatan impedansi umpan ini adalah alasan utama penggunaan populer antena dipol lipat ini. Karena lead ganda, impedansinya akan menjadi sekitar 300Ω.

Pola radiasi

Pola radiasi dari antena dipol setengah gelombang sama dengan pola radiasi antena dipol setengah gelombang. Gambar berikut menunjukkan pola radiasi antena dipol lipat setengah gelombang, yaituOmni-directional pola.

Antena dipol lipat setengah gelombang digunakan di mana transfer daya optimal diperlukan dan di mana diperlukan impedansi besar.

Dipol terlipat ini adalah elemen utama di Yagi-Uda antenna. Gambar berikut menunjukkan aYagi-Uda antenna, yang akan kita pelajari nanti. Elemen utama yang digunakan di sini adalah dipol terlipat ini, yang menerima umpan antena. Antena ini telah digunakan secara luas untuk penerimaan televisi selama beberapa dekade terakhir.

Keuntungan

Berikut ini adalah keuntungan dari antena dipol lipat setengah gelombang -

• Penerimaan sinyal seimbang.

• Menerima sinyal tertentu dari pita frekuensi tanpa kehilangan kualitasnya.

• Dipol terlipat memaksimalkan kekuatan sinyal.

Kekurangan

Berikut ini adalah kelemahan antena dipol lipat setengah gelombang -

• Perpindahan dan penyesuaian antena merepotkan.

• Manajemen luar ruangan bisa menjadi sulit ketika ukuran antena meningkat.

Aplikasi

Berikut ini adalah aplikasi antena dipol lipat setengah gelombang -

• Terutama digunakan sebagai elemen pengumpan di antena Yagi, antena Parabola, antena pintu putar, antena periodik log, array bertahap dan reflektor, dll.

• Umumnya digunakan pada penerima radio.

• Paling umum digunakan pada antena penerima TV.

Jika panjang dipol, yaitu total kabel, sama dengan panjang gelombang penuh λ, maka disebut sebagai full wave dipole. Jika dipol panjang gelombang penuh digunakan baik untuk transmisi atau penerimaan, mari kita lihat bagaimana radiasi nantinya.

Konstruksi & Pekerjaan Dipol Gelombang Penuh

Dipol gelombang penuh dengan tegangan dan distribusi arusnya ditampilkan di sini. Baik puncak positif dan negatif dari gelombang masing-masing menginduksi tegangan positif dan negatif. Namun, karena tegangan yang diinduksi saling meniadakan, tidak ada pertanyaan tentang radiasi.

Gambar di atas menunjukkan distribusi tegangan dipol gelombang penuh yang panjangnya λ. Terlihat bahwa dua dipol setengah gelombang bergabung untuk membuat dipol gelombang penuh.

Pola tegangan saat menginduksi muatan positif dan muatan negatifnya pada saat bersamaan, saling meniadakan seperti yang ditunjukkan pada gambar. Muatan yang diinduksi tidak melakukan upaya radiasi lebih lanjut karena dibatalkan. Radiasi keluaran akan menjadi nol untuk dipol transmisi gelombang penuh.

Pola radiasi

Karena tidak ada pola radiasi, tidak ada pengarahan dan tidak ada penguatan, dipol gelombang penuh jarang digunakan sebagai antena. Artinya, meskipun antena memancarkan, itu hanya beberapa pembuangan panas, yang merupakan pemborosan daya.

Kekurangan

Berikut ini adalah kelemahan antena dipol gelombang penuh.

• Disipasi panas
• Pemborosan kekuasaan
• Tidak ada pola radiasi
• Tidak ada arahan dan tidak ada keuntungan

Karena kelemahan ini, dipol gelombang penuh jarang digunakan.

SEBUAH short dipoleadalah antena kawat sederhana. Salah satu ujungnya dihubung-terbuka dan ujung lainnya diumpankan dengan sumber AC. Dipol ini mendapatkan namanya karena panjangnya.

Rentang frekuensi

Rentang frekuensi di mana dipol pendek beroperasi sekitar 3KHz hingga 30MHz. Ini sebagian besar digunakan di penerima frekuensi rendah.

Konstruksi & Pekerjaan Dipole Pendek

Itu Short dipoleadalah antena dipol yang panjang kabelnya lebih pendek dari panjang gelombang. Sumber tegangan dihubungkan di salah satu ujung saat bentuk dipol dibuat, yaitu, garis diakhiri di ujung lainnya.

Diagram sirkuit dipol pendek dengan panjang L ditampilkan. Ukuran antena sebenarnya tidak masalah. Kabel yang mengarah ke antena harus kurang dari sepersepuluh panjang gelombang. Itu adalah

$$L < \frac{\lambda}{10}$$

Dimana

• L adalah panjang kawat dipol pendek.

• λ adalah panjang gelombang.

Jenis lain dari dipol pendek adalah dipol yang sangat kecil, yang panjangnya jauh lebih kecil dari panjang gelombangnya. Konstruksinya mirip, tetapi menggunakan pelat kapasitor.

Dipol sangat kecil

Dipol yang panjangnya jauh lebih kecil dari panjang gelombangnya infitesimal dipole. Antena ini sebenarnya tidak praktis. Di sini, panjang dipol kurang dari lima puluh bagian dari panjang gelombang.

Panjang dipol, Δl << λ. Dimana, λ adalah panjang gelombangnya.

$$\Delta l = \frac{\lambda}{50}$$

Oleh karena itu, ini adalah dipol yang sangat kecil, seperti yang tersirat dari namanya.

Karena panjang dipol ini sangat kecil, aliran arus dalam kawat akan menjadi dI. Kabel ini umumnya digunakan dengan pelat kapasitor di kedua sisi, di mana diperlukan kopling bersama yang rendah. Karena pelat kapasitor, kita dapat mengatakan bahwa distribusi arus yang seragam hadir. Karenanya arusnya tidak nol di sini.

Pelat kapasitor dapat berupa konduktor atau kawat yang setara. Medan yang diradiasikan oleh arus radial cenderung saling meniadakan di medan jauh sehingga medan jauh dari antena pelat kapasitor dapat didekati dengan dipol yang sangat kecil.

Pola radiasi

Pola radiasi dari dipol pendek dan dipol sangat kecil mirip dengan dipol setengah gelombang. Jika dipol vertikal, polanya akan melingkar. Pola radiasi berbentuk "figure of eight” pattern, when viewed in two-dimensional pattern.

The following figure shows the radiation pattern of a short dipole antenna, which is in omni-directional pattern.

Advantages

The following are the advantages of short dipole antenna −

• Ease of construction, due to small size

• Power dissipation efficiency is higher

Disadvantages

The following are the disadvantages of short dipole antenna −

• High resistive losses
• High power dissipation
• Low Signal-to-noise ratio
• Radiation is low
• Not so efficient

Applications

The following are the applications of short dipole antenna −

• Used in narrow band applications.
• Used as an antenna for tuner circuits.

In this chapter, the popular and most widely used short-wire antennas were discussed. We will discuss the Long-wire antennas in the coming chapters.

We have gone through different types of short wire antennas. Now, lets us look at the long wire antennas. The long wire antennas are formed by using a number of dipoles. The length of the wire in these type of antennas is n times λ/2

$$L = n \ \lambda/2$$

Where,

• L is the length of the antenna,

• n is the number of elements,

• λ is the wavelength

As ‘n’ increases, the directional properties also increase.

Types of Long-wire Antennas

Long wire antennas are divided into two types namely − Resonant Antennas and Non-resonant Antennas.

Resonant Antennas

Resonant Antennas are those for which a sharp peak in the radiated power is intercepted by the antenna at certain frequency, to form a standing wave. The radiation pattern of the radiated wave is not matched with the load impedance in this type of antenna.

The resonant antennas are periodic in nature. They are also called as bi-directional travelling wave antennas, as the radiated wave moves in two directions, which means both incident and reflected waves occur here. In these antennas, the length of the antenna and frequency are proportional to each other.

Non-resonant Antennas

Non-resonant Antennas are those for which resonant frequency does not occur. The wave moves in forward direction and hence do not form a standing wave. The radiation pattern of the radiated wave matches with the load impedance in the non-resonant antennas.

These non-resonant antennas are non-periodic in nature. They are also called as Unidirectional travelling wave antennas, as the radiated wave moves in forward direction only, which means that only incident wave is present. As the frequency increases, the length of the antenna decreases and vice versa. Hence, the frequency and length are inversely proportional to each other.

These long-wire antennas are the basic elements for the construction of V-shaped antennas or the Rhombic antennas.

A better version of long-wire antennas is the V-Antenna. This antenna is formed by arranging the long wire in a V-shaped pattern. The end wires are called as legs. This antenna is a bi-directional resonant antenna.

Frequency Range

The frequency range of operation of V-antenna is around 3 to 30 MHz. This antenna works in high frequency range.

Construction & Working of V-Antennas

Two long wires are connected in the shape of V to make a V-antenna. The two long wires are excited with 180˚ out of phase. As the length of these wires increases, the gain and directivity also increases.

The following figure shows a V-antenna with the transmission line impedance z and the lengh of the wire λ/2, making an angle Φ_m with the axis, which is called as apex angle.

The gain achieved by V-antenna is higher than normal single long wire antenna. The gain in this V-formation is nearly twice compared to the single long wire antenna, which has a length equal to the legs of V-antenna. If wide range of radiation is to be achieved, the apex angle should have an average value between higher and lower frequencies in terms of the number of λ/2 in each leg.

Radiation Pattern

The radiation pattern of a V-antenna is bi-directional. The radiation obtained on each transmission line is added to obtain the resultant radiation pattern. This is well explained in the following figure −

The figure shows the radiation pattern of V-antenna. The two transmission lines forming V-pattern are AA’ and BB’. The patterns of individual transmission lines and the resultant pattern are shown in the figure. The resultant pattern is shown along the axis. This pattern resembles the broad-side array.

If another V-antenna is added to this antenna and fed with 90˚ phase difference, then the resultant pattern would be end-fire, doubling the power gain. The directivity is further increased by adding the array of V-antennas.

Advantages

The following are the advantages of V-antenna −

• Construction is simple
• High gain
• Low manufacturing cost

Disadvantages

The following are the disadvantages of V-antenna −

• Standing waves are formed
• The minor lobes occurred are also strong
• Used only for fixed frequency operations

Applications

The following are the applications of V-antenna −

• Used for commercial purposes
• Used in radio communications

In the previous chapter, we have studied V-antenna. Its operating frequency is limited. This can be modified by using another antenna, which is a non-resonant antenna or a travelling wave antenna. A travelling wave antenna produces no standing wave, as discussed previously.

Frequency Range

The frequency range of operation of an inverted vee antenna (or V-antenna) is around 3 to 30 MHz. This antenna works in high frequency range.

Construction & Working of Inverted V-Antenna

A travelling wave antenna, used in high-frequency band is an inverted V-antenna. This inverted V-antenna is easily installed on a non-conducting mast.

Take a look at the following image. It shows an inverted V-antenna mounted on a roof top.

The maximum radiation for an inverted V-antenna is at its center. It is similar to a halfwave dipole antenna. The antenna is placed in the shape of an inverted V, with its two transmission lines or legs bent towards the ground making 120° or 90° angle between them. The center of the antenna should not be higher than λ/4.

The angle made by one of the legs with the axis of the antenna, is known as the tilt angle and is denoted by θ.

Radiation Pattern

The radiation pattern of inverted V-antenna is uni-directional pattern, as no standing waves are formed here. It can be clearly understood by the radiation pattern shown below.

The figure illustrates the radiation pattern of an inverted V-antenna. Primary radiated field is shown along with the fields when the tilt angles are 120˚ and 90˚ in the figure given above. The gain and directivity are improved by having an array of antennas.

Advantages

The following are the advantages of inverted V-antenna −

• Occupies less horizontal place

• No standing waves are formed

• High gain

Disadvantages

The following are the disadvantages of inverted V-antenna −

• It has considerable undesired minor lobes

• Minor lobes create horizontally polarized waves

Applications

The following are the applications of inverted V-antenna −

• Used in tuned circuit applications

• Used in radio communications

• Used in commercial applications

After the V-antenna and inverted V-antenna, another important long wire antenna is the Rhombic antenna. It is a combination of two V-antennas. This is discussed in the next chapter.

The Rhombic Antenna is an equilateral parallelogram shaped antenna. Generally, it has two opposite acute angles. The tilt angle, θ is approximately equal to 90° minus the angle of major lobe. Rhombic antenna works under the principle of travelling wave radiator. It is arranged in the form of a rhombus or diamond shape and suspended horizontally above the surface of the earth.

Frequency Range

The frequency range of operation of a Rhombic antenna is around 3MHz to 300MHz. This antenna works in HF and VHF ranges.

Construction of Rhombic Antenna

Rhombic antenna can be regarded as two V-shaped antennas connected end-to-end to form obtuse angles. Due to its simplicity and ease of construction, it has many uses −

• In HF transmission and reception

• Commercial point-to-point communication

The construction of the rhombic antenna is in the form a rhombus, as shown in the figure.

The two sides of rhombus are considered as the conductors of a two-wire transmission line. When this system is properly designed, there is a concentration of radiation along the main axis of radiation. In practice, half of the power is dissipated in the terminating resistance of the antenna. The rest of the power is radiated. The wasted power contributes to the minor lobes.

Figure 1 shows the construction of rhombic antenna for point-to-point communication in olden days. Figure 2 shows the rhombic UHF antenna for TV reception, used these days.

The maximum gain from a rhombic antenna is along the direction of the main axis, which passes through the feed point to terminate in free space. The polarization obtained from a horizontal rhombic antenna is in the plane of rhombus, which is horizontal.

Radiation Pattern

The radiation pattern of the rhombic antenna is shown in the following figure. The resultant pattern is the cumulative effect of the radiation at all four legs of the antenna. This pattern is uni-directional, while it can be made bi-directional by removing the terminating resistance.

The main disadvantage of rhombic antenna is that the portions of the radiation, which do not combine with the main lobe, result in considerable side lobes having both horizontal and vertical polarization.

Advantages

The following are the advantages of Rhombic antenna −

• Input impedance and radiation pattern are relatively constant

• Multiple rhombic antennas can be connected

• Simple and effective transmission

Disadvantages

The following are the disadvantages of Rhombic antenna −

• Wastage of power in terminating resistor

• Requirement of large space

• Redued transmission efficiency

Applications

The following are the applications of Rhombic antenna −

• Used in HF communications

• Used in Long distance sky wave propagations

• Used in point-to-point communications

Another method of using long wire is by bending and making the wire into a loop shaped pattern and observing its radiational parameters. This type of antennas are termed as loop antennas.

An RF current carrying coil is given a single turn into a loop, can be used as an antenna called as loop antenna. The currents through this loop antenna will be in phase. The magnetic field will be perpendicular to the whole loop carrying the current.

Frequency Range

The frequency range of operation of loop antenna is around 300MHz to 3GHz. This antenna works in UHF range.

Construction & Working of Loop Antennas

A loop antenna is a coil carrying radio frequency current. It may be in any shape such as circular, rectangular, triangular, square or hexagonal according to the designer’s convenience.

Loop antennas are of two types.

• Large loop antennas
• Small loop antennas

Large loop antennas

Large loop antennas are also called as resonant antennas. They have high radiation efficiency. These antennas have length nearly equal to the intended wavelength.

$$L =\lambda$$

Where,

• L is the length of the antenna

• λ is the wavelength

The main parameter of this antenna is its perimeter length, which is about a wavelength and should be an enclosed loop. It is not a good idea to meander the loop so as to reduce the size, as that increases capacitive effects and results in low efficiency.

Small loop antennas

Small loop antennas are also called as magnetic loop antennas. These are less resonant. These are mostly used as receivers.

These antennas are of the size of one-tenth of the wavelength.

$$L =\frac{\lambda}{10}$$

Where,

• L is the length of the antenna

• λ is the wavelength

The features of small loop antennas are −

• A small loop antenna has low radiation resistance. If multi-turn ferrite core constructions are used, then high radiation resistance can be achieved.

• It has low radiation efficiency due to high losses.

• Its construction is simple with small size and weight.

Due to its high reactance, its impedance is difficult to match with the transmitter. If loop antenna have to act as transmitting antenna, then this impedance mis-match would definitely be a problem. Hence, these loop antennas are better operated as receiver antennas.

Frequently Used Loops

Small loop antennas are mainly of two types −

• Circular loop antennas
• Square loop antennas

These two types of loop antennas are mostly widely used. Other types (rectangular, delta, elliptical etc.) are also made according to the designer specifications.

The above images show circular and square loop antennas. These types of antennas are mostly used as AM receivers because of high Signal-to-noise ratio. They are also easily tunable at the Q-tank circuit in radio receivers.

Polarization of Loop

The polarization of the loop antenna will be vertically or horizontally polarized depending upon the feed position. The vertical polarization is given at the center of the vertical side while the horizontal polarization is given at the center of the horizontal side, depending upon the shape of the loop antenna.

The small loop antenna is generally a linearly polarized one. When such a small loop antenna is mounted on top of a portable receiver, whose output is connected to a meter, it becomes a great direction finder.

Radiation Pattern

The radiation pattern of these antennas will be same as that of short horizontal dipole antenna.

The radiation pattern for small, high-efficiency loop antennas is shown in the figure given above. The radiation patterns for different angles of looping are also illustrated clearly in the figure. The tangent line at 0° indicates vertical polarization, whereas the line with 90° indicates horizontal polarization.

Advantages

The following are the advantages of Loop antenna −

• Compact in size
• High directivity

Disadvantages

The following are the disadvantages of Loop antenna −

• Impedance matching may not be always good
• Has very high resonance quality factor

Applications

The following are the applications of Loop antenna −

• Used in RFID devices
• Used in MF, HF and Short wave receivers
• Used in Aircraft receivers for direction finding
• Used in UHF transmitters

Helical antenna is an example of wire antenna and itself forms the shape of a helix. This is a broadband VHF and UHF antenna.

Frequency Range

The frequency range of operation of helical antenna is around 30MHz to 3GHz. This antenna works in VHF and UHF ranges.

Construction & Working of Helical Antenna

Helical antenna or helix antenna is the antenna in which the conducting wire is wound in helical shape and connected to the ground plate with a feeder line. It is the simplest antenna, which provides circularly polarized waves. It is used in extra-terrestrial communications in which satellite relays etc., are involved.

The above image shows a helical antenna system, which is used for satellite communications. These antennas require wider outdoor space.

It consists of a helix of thick copper wire or tubing wound in the shape of a screw thread used as an antenna in conjunction with a flat metal plate called a ground plate. One end of the helix is connected to the center conductor of the cable and the outer conductor is connected to the ground plate.

The image of a helix antenna detailing the antenna parts is shown above.

The radiation of helical antenna depends on the diameter of helix, the turn spacing and the pitch angle.

Pitch angle is the angle between a line tangent to the helix wire and plane normal to the helix axis.

$$\alpha = \tan^{-1}(\frac{S}{\pi D})$$

where,

• D is the diameter of helix.

• S is the turn spacing (centre to centre).

• α is the pitch angle.

Modes of Operation

The predominant modes of operation of a helical antenna are −

• Normal or perpendicular mode of radiation.

• Axial or end-fire or beam mode of radiation.

Let us discuss them in detail.

Normal mode

In normal mode of radiation, the radiation field is normal to the helix axis. The radiated waves are circularly polarized. This mode of radiation is obtained if the dimensions of helix are small compared to the wavelength. The radiation pattern of this helical antenna is a combination of short dipole and loop antenna.

The above figure shows the radiation pattern for normal mode of radiation in helical antenna.

It depends upon the values of diameter of helix, D and its turn spacing, S. Drawbacks of this mode of operation are low radiation efficiency and narrow bandwidth. Hence, it is hardly used.

Axial mode

In axial mode of radiation, the radiation is in the end-fire direction along the helical axis and the waves are circularly or nearly circularly polarized. This mode of operation is obtained by raising the circumference to the order of one wavelength (λ) and spacing of approximately λ/4. The radiation pattern is broad and directional along the axial beam producing minor lobes at oblique angles.

The figure shows the radiation pattern for axial mode of radiation in helical antenna.

If this antenna is designed for right-handed circularly polarized waves, then it will not receive left-handed circularly polarized waves and vice versa. This mode of operation is generated with great ease and is more practically used.

Advantages

The following are the advantages of Helical antenna −

• Simple design
• Highest directivity
• Wider bandwidth
• Can achieve circular polarization
• Can be used at HF & VHF bands also

Disadvantages

The following are the disadvantages of Helical antenna −

• Antenna is larger and requires more space
• Efficiency decreases with number of turns

Applications

The following are the applications of Helical antenna −

• A single helical antenna or its array is used to transmit and receive VHF signals

• Frequently used for satellite and space probe communications

• Used for telemetry links with ballastic missiles and satellites at Earth stations

• Used to establish communications between the moon and the Earth

• Applications in radio astronomy

An Antenna with an aperture at the end can be termed as an Aperture antenna. Waveguide is an example of aperture antenna. The edge of a transmission line when terminated with an opening, radiates energy. This opening which is an aperture, makes it an Aperture antenna.

The main types of aperture antennas are −

• Wave guide antenna
• Horn antenna
• Slot antenna

Let us now have a look at these types of aperture antennas.

Waveguide Antenna

A Waveguide is capable of radiating energy when excited at one end and opened at the other end. The radiation in wave guide is greater than a two-wire transmission line.

Frequency Range

The operational frequency range of a wave guide is around 300MHz to 300GHz. This antenna works in UHF and EHF frequency ranges. The following image shows a waveguide.

This waveguide with terminated end, acts as an antenna. But only a small portion of the energy is radiated while a large portion of it gets reflected back in the open circuit. It means VSWR (voltage standing wave ratio, discussed in basic parameters chapter) value increases. The diffraction around the waveguide provides poor radiation and non-directive radiation pattern.

Radiation Pattern

The radiation of waveguide antenna is poor and the pattern is non-directive, which means omni-directional. An omni-directional pattern is the one which has no certain directivity but radiates in all directions, hence it is called as non-directive radiation pattern.

The above figure shows a top section view of an omni-directional pattern, which is also called as non-directional pattern. The two-dimensional view is a figure-of-eight pattern, as we already know.

Advantages

The following are the advantages of Aperture antenna −

• Radiation is greater than two-wire transmission line
• Radiation is Omni-directional

Disadvantages

The following are the disadvantages of Aperture antenna −

• VSWR increases
• Poor radiation

Applications

The following are the applications of Aperture antenna −

• Micro wave applications
• Surface search radar applications

The waveguide antenna has to be further modified to achieve better performance, which results in the formation of Horn antenna.

To improve the radiation efficiency and directivity of the beam, the wave guide should be provided with an extended aperture to make the abrupt discontinuity of the wave into a gradual transformation. So that all the energy in the forward direction gets radiated. This can be termed as Flaring. Now, this can be done using a horn antenna.

Frequency Range

The operational frequency range of a horn antenna is around 300MHz to 30GHz. This antenna works in UHF and SHF frequency ranges.

Construction & Working of Horn Antenna

The energy of the beam when slowly transform into radiation, the losses are reduced and the focussing of the beam improves. A Horn antenna may be considered as a flared out wave guide, by which the directivity is improved and the diffraction is reduced.

The above image shows the model of a horn antenna. The flaring of the horn is clearly shown. There are several horn configurations out of which, three configurations are most commonly used.

Sectoral horn

This type of horn antenna, flares out in only one direction. Flaring in the direction of Electric vector produces the sectorial E-plane horn. Similarly, flaring in the direction of Magnetic vector, produces the sectorial H-plane horn.

Pyramidal horn

This type of horn antenna has flaring on both sides. If flaring is done on both the E & H walls of a rectangular waveguide, then pyramidal horn antenna is produced. This antenna has the shape of a truncated pyramid.

Conical horn

When the walls of a circular wave guide are flared, it is known as a conical horn. This is a logical termination of a circular wave guide.

The above figures show the types of horn configurations, which were discussed earlier.

Flaring helps to match the antenna impedance with the free space impedance for better radiation. It avoids standing wave ratio and provides greater directivity and narrower beam width. The flared wave guide can be technically termed as Electromagnetic Horn Radiator.

Flare angle, Φ of the horn antenna is an important factor to be considered. If this is too small, then the resulting wave will be spherical instead of plane and the radiated beam will not be directive. Hence, the flare angle should have an optimum value and is closely related to its length.

Combinations

Horn antennas, may also be combined with parabolic reflector antennas to form special type of horn antennas. These are −

• Cass-horn antenna

• Hog-horn or triply folded horn reflector

In Cass-horn antenna, radio waves are collected by the large bottom surface, which is parabolically curved and reflected upward at 45° angle. After hitting top surface, they are reflected to the focal point. The gain and beam width of these are just like parabolic reflectors.

In hog-horn antenna, a parabolic cylinder is joined to pyramidal horn, where the beam reaches apex of the horn. It forms a low-noise microwave antenna. The main advantage of hog-horn antenna is that its receiving point does not move, though the antenna is rotated about its axis.

Radiation Pattern

The radiation pattern of a horn antenna is a Spherical Wave front. The following figure shows the radiation pattern of horn antenna. The wave radiates from the aperture, minimizing the diffraction of waves. The flaring keeps the beam focussed. The radiated beam has high directivity.

Advantages

The following are the advantages of Horn antenna −

• Small minor lobes are formed
• Impedance matching is good
• Greater directivity
• Narrower beam width
• Standing waves are avoided

Disadvantages

The following are the disadvantages of Horn antenna −

• Designing of flare angle, decides the directivity
• Flare angle and length of the flare should not be very small

Applications

The following are the applications of Horn antenna −

• Used for astronomical studies
• Used in microwave applications

Slot Antenna is an example of Aperture antenna. A rectangular slot is made on the conducting sheet. These slot antennas can be formed by simply making a cut on the surface, where they are mounted on.

Frequency Range

The frequency range used for the application of Slot antenna is 300 MHz to 30 GHz. It works in UHF and SHF frequency ranges.

Construction & Working of Slot Antennas

The use of slot antennas is well understood through its working principle. Let us have a look at the structure of a slot antenna.

When an infinite conducting sheet is made a rectangular cut and the fields are excited in the aperture (which is called as a slot), it is termed as Slot antenna. This can be understood by observing the image of a slot antenna. The following image shows the model of a Slot antenna.

The working of Slot Antenna can be easily understood through Babinet’s principle of optics. This concept gives an introduction to the slot antennas.

Babinet’s Principle

Babinet’s principle states that- “When the field behind a screen with an opening is added to the field of a complementary structure, the sum is equal to the field when there is no screen”.

The above images clearly explain the principle. In all the regions, which are non-collinear with the beam, the above two screens, in figures 1 & 2, produce the same diffraction pattern.

Case 1 − Consider a light source and a conducting plane (field) with an aperture before a screen. The light does not pass through the opaque area, but passes through the aperture.

Case 2 − Consider the light source and a conducting plane of the size of the aperture in the previous case, being held against the screen. The light does not pass through the plane but through the remaining portion.

Case 3 − Combine these two conducting planes of both the cases and put before the light source. The screen is not placed to observe the resultant combination. The effect of screen gets nullified.

Working of Slot Antenna

This principle of optics is applied to electromagnetic waves for the wave to get radiated. It is true that when a HF field exists across a narrow slot in a conducting plane, the energy is radiated.

The image shows a slot antenna, which explains well about its working.

Consider an infinite plane conducting screen is taken and pierced with apertures of desired shape and size and this will be the screen of slot antenna. Another screen is considered interchanging the places of aperture and screen area which is the complementary screen.

These two screens are said to be complementary as they result in complete infinte metal screen. Now, this becomes the slot antenna. The terminal impedance is quite desirable for the radiation.

Radiation Pattern

The radiation pattern of the Slot antenna is Omni-directional, just like a half-wave dipole antenna. Take a look at the following illustration. It shows the radiation pattern of Slot antenna drawn in Horizontal and Vertical planes respectively

Advantages

The following are the advantages of Slot antenna −

• It can be fabricated and concealed within metallic objects
• It can provide covert communications with a small transmitter

Disadvantages

The following are the disadvantages of Slot antenna −

• Higher cross-polarization levels
• Lower radiation efficiency

Applications

The following are the applications of Slot antenna −

• Usually for radar navigational purposes
• Used as an array fed by a wave guide

Micro strip antennas are low-profile antennas. A metal patch mounted at a ground level with a di-electric material in-between constitutes a Micro strip or Patch Antenna. These are very low size antennas having low radiation.

Frequency Range

The patch antennas are popular for low profile applications at frequencies above 100MHz.

Construction & Working of Micro strip Antennas

Micro strip antenna consists of a very thin metallic strip placed on a ground plane with a di-electric material in-between. The radiating element and feed lines are placed by the process of photo-etching on the di-electric material. Usually, the patch or micro-strip is choosen to be square, circular or rectangular in shape for the ease of analysis and fabrication. The following image shows a micro-strip or patch antenna.

The length of the metal patch is λ/2. When the antenna is excited, the waves generated within the di-electric undergo reflections and the energyis radiated from the edges of the metal patch,which is very low.

Radiation Pattern

The radiation pattern of microstrip or patch antenna is broad. It has low radiation power and narrow frequency bandwidth.

The radiation pattern of a microstrip or patch antenna is shown above. It has lesser directivity. To have a greater directivity, an array can be formed by using these patch antennas.

Advantages

The following are the advantages of Micro strip antenna −

• Lighteweight
• Low cost
• Ease of installation

Disadvantages

The following are the disadvantages of Micro strip antenna −

• Inefficient radiation
• Narrow frequency bandwidth

Applications

The following are the applications of Micro strip antenna −

• Used in Space craft applications
• Used in Air craft applications
• Used in Low profile antenna applications

The antennas, which we have discussed till now, used the plane surface. The lens antennas use the curved surface for both transmission and reception. Lens antennas are made up of glass, where the converging and diverging properties of lens are followed. The lens antennas are used for higher frequency applications.

Frequency Range

The frequency range of usage of lens antenna starts at 1000 MHz but its use is greater at 3000 MHz and above.

To have a better understanding of the lens antenna, the working principle of a lens has to be known. A normal glass lens works on the principle of refraction.

Construction & Working of Lens Antenna

If a light source is assumed to be present at a focal point of a lens, which is at a focal distance from the lens, then the rays get through the lens as collimated or parallel rays on the plane wavefront.

The rays that pass through the centre of the lens are less refracted than the rays that pass through the edges of the lens. All of the rays are sent in parallel to the plane wave front. This phenomenon of lens is called as divergence.

Prosedur yang sama dibalik jika berkas cahaya dikirim dari sisi kanan ke kiri lensa yang sama. Kemudian berkas tersebut dibiaskan dan bertemu pada suatu titik yang disebut titik fokus, pada jarak fokus dari lensa. Fenomena ini disebutconvergence.

Hal yang sama dapat dipahami dengan lebih baik dengan mengamati diagram berikut -

Diagram sinar merepresentasikan titik fokus dan panjang fokus dari sumber ke lensa. Sinar paralel yang diperoleh juga disebut sinar collimated.

Pada gambar di atas, sumber di titik fokus, pada jarak fokus dari lensa, dikolimasi di depan gelombang bidang. Fenomena ini bisa dibalik yang artinya cahaya jika dikirim dari sisi kiri, akan menyatu di sisi kanan lensa.

Karena timbal balik ini, lensa dapat digunakan sebagai antena, karena fenomena yang sama membantu dalam menggunakan antena yang sama untuk transmisi dan penerimaan.

Gambar model antena lensa ditampilkan.

Untuk mencapai sifat pemfokusan pada frekuensi yang lebih tinggi, indeks bias harus kurang dari satu. Apapun indeks biasnya, tujuan lensa adalah untuk meluruskan bentuk gelombang. Berdasarkan ini, lensa bidang-E dan bidang-H dikembangkan, yang juga menunda atau mempercepat bagian depan gelombang.

Jenis Antena Lensa

Jenis Antena Lensa berikut tersedia -

• Lensa di-elektrik atau lensa pelat logam bidang-H atau lensa Delay (Gelombang perjalanan ditunda oleh media lensa)

• Lensa pelat logam bidang-E

• Lensa tipe di-elektrik non-logam

• Jenis lensa dielektrik metalik atau buatan

Keuntungan

Berikut ini adalah keuntungan antena Lens -

• Dalam antena lensa, penyangga umpan dan umpan, jangan halangi aperture.

• Ini memiliki toleransi desain yang lebih besar.

• Jumlah gelombang yang lebih besar, daripada reflektor parabola, dapat ditangani.

• Balok dapat digerakkan secara siku-siku dengan espect ke sumbu.

Kekurangan

Berikut ini adalah kelemahan antena Lens -

• Lensa itu berat dan besar, terutama pada frekuensi yang lebih rendah

• Kompleksitas dalam desain

• Lebih mahal dibandingkan reflektor, untuk spesifikasi yang sama

Aplikasi

Berikut ini adalah aplikasi antena Lens -

• Digunakan sebagai antena pita lebar

• Terutama digunakan untuk aplikasi frekuensi gelombang mikro

Sifat konvergen antena lensa dapat digunakan untuk mengembangkan antena tingkat tinggi yang dikenal sebagai antena reflektor parabola, yang banyak digunakan dalam komunikasi satelit. Kami akan membahasnya di bab berikutnya.

Parabolic Reflectorsadalah antena microwave. Untuk pemahaman yang lebih baik tentang antena ini, konsep reflektor parabola harus didiskusikan.

Rentang frekuensi

Rentang frekuensi yang digunakan untuk aplikasi antena reflektor Parabola adalah above 1MHz. Antena ini banyak digunakan untuk aplikasi radio dan nirkabel.

Prinsip operasi

Definisi standar parabola adalah - Lokus suatu titik, yang bergerak sedemikian rupa sehingga jaraknya dari titik tetap (disebut focus) ditambah jaraknya dari garis lurus (disebut directrix) konstan.

Gambar berikut menunjukkan geometri reflektor parabola. Inti nyaF adalah fokus (umpan diberikan) dan Vadalah puncaknya. Garis yang menghubungkan F dan V adalah sumbu simetri. PQ adalah sinar yang dipantulkan dimanaLmewakili garis directrix di mana titik yang dipantulkan berada (untuk mengatakan bahwa mereka sedang collinear). Oleh karena itu, sesuai definisi di atas, jarak antara F dan L tetap konstan sehubungan dengan gelombang yang difokuskan.

Gelombang yang dipantulkan membentuk bagian depan gelombang yang terkollimasi, keluar dari bentuk parabola. Rasio panjang fokus ke ukuran apertur (mis., F / D) dikenal sebagai“f over D ratio”adalah parameter penting dari reflektor parabola. Nilainya bervariasi dari0.25 to 0.50.

Hukum refleksi menyatakan bahwa sudut datang dan sudut refleksi adalah sama. Hukum ini bila digunakan bersama dengan parabola, membantu fokus sinar. Bentuk file

parabola bila digunakan untuk tujuan refleksi gelombang, menunjukkan beberapa sifat parabola, yang berguna untuk membangun antena, menggunakan gelombang yang dipantulkan.

Properti Parabola

• Semua gelombang yang berasal dari fokus, dipantulkan kembali ke sumbu parabola. Karenanya, semua gelombang yang mencapai aperture berada dalam fase.

• Saat gelombang berada dalam satu fase, berkas radiasi di sepanjang sumbu parabola akan menjadi kuat dan terkonsentrasi.

Mengikuti titik-titik ini, reflektor parabola membantu dalam menghasilkan pengarahan tinggi dengan lebar berkas yang lebih sempit.

Konstruksi & Kerja Reflektor Parabola

Jika antena Parabolic Reflector digunakan untuk mentransmisikan sinyal, sinyal dari feed, keluar dari antena dipol atau horn, untuk memfokuskan gelombang ke parabola. Artinya, gelombang keluar dari titik fokus dan mengenai reflektor Paraboloid. Gelombang ini sekarang direfleksikan sebagaicollimated wave front, seperti yang telah dibahas sebelumnya, untuk ditransmisikan.

Antena yang sama digunakan sebagai penerima. Ketika gelombang elektromagnetik mengenai bentuk parabola, gelombang tersebut dipantulkan ke feed point. Dipol atau antena horn, yang bertindak sebagai antena penerima pada umpannya, menerima sinyal ini, untuk mengubahnya menjadi sinyal listrik dan meneruskannya ke sirkuit penerima.

Gambar berikut menunjukkan Antena Reflektor Parabola.

Keuntungan paraboloid adalah fungsi rasio aperture (D/λ). Kekuatan Radiasi Efektif(ERP) antena adalah penggandaan daya input yang diumpankan ke antena dan penguatan dayanya.

Biasanya antena horn pemandu gelombang digunakan sebagai feed radiator untuk antena reflektor paraboloid. Bersamaan dengan teknik ini, kami memiliki jenis umpan lain yang diberikan ke antena reflektor paraboloid, yang disebut umpan Cassegrain.

Pakan Cassegrain

Casse grain adalah jenis feed lain yang diberikan ke antena reflektor. Dalam jenis ini, umpan terletak di puncak paraboloid, tidak seperti di reflektor parabola. Reflektor berbentuk cembung, yang bertindak sebagai hiperboloid, ditempatkan berlawanan dengan umpan antena. Itu juga dikenal sebagaisecondary hyperboloid reflector atau sub-reflector. Itu ditempatkan sedemikian rupa sehingga salah satu fokusnya bertepatan dengan fokus paraboloid. Dengan demikian, gelombang akan dipantulkan dua kali.

Gambar di atas menunjukkan model kerja pakan cassegrain.

Bekerja dari Antena Cassegrain

Ketika antena bertindak sebagai antena pemancar, energi dari umpan meradiasi melalui antena tanduk ke reflektor cekung hiperboloid, yang memantulkan kembali ke reflektor parabola. Sinyal dipantulkan ke ruang angkasa dari sana. Oleh karena itu, pemborosan daya dikendalikan dan pengarahan ditingkatkan.

Ketika antena yang sama digunakan untuk penerimaan, gelombang elektromagnetik menghantam reflektor, dipantulkan ke hiperboloid cekung dan dari sana, mencapai umpan. Sebuah antena horn pemandu gelombang hadir di sana untuk menerima sinyal ini dan mengirimkan ke sirkuit penerima untuk penguatan.

Coba lihat gambar berikut. Ini menunjukkan reflektor paraboloid dengan umpan cassegrain.

Keuntungan

Berikut ini adalah keuntungan dari antena reflektor parabola -

• Reduksi lobus minor

• Pemborosan daya berkurang

• Panjang fokus ekivalen tercapai

• Pakan dapat ditempatkan di lokasi mana pun, sesuai dengan kenyamanan kami

• Penyesuaian balok (penyempitan atau pelebaran) dilakukan dengan menyesuaikan permukaan pemantul

Kerugian

Berikut ini adalah kerugian dari antena reflektor parabola -

• Beberapa daya yang dipantulkan dari reflektor parabola terhalang. Ini menjadi masalah dengan paraboloid dimensi kecil.

Aplikasi

Berikut ini adalah aplikasi antena reflektor parabola -

• Reflektor parabola umpan cassegrain terutama digunakan dalam komunikasi satelit.

• Juga digunakan dalam sistem telekomunikasi nirkabel.

Mari kita lihat jenis umpan lain yang disebut sebagai umpan Gregorian untuk reflektor parabola.

Pakan Gregorian

Ini adalah jenis pakan lain yang digunakan. Sepasang konfigurasi tertentu ada di sana, di mana beamwidth feed secara progresif meningkat sementara dimensi antena dipertahankan. Jenis pakan seperti itu dikenal sebagai pakan Gregorian. Di sini hiperboloid casssegrain berbentuk cembung diganti dengan reflektor parabola berbentuk cekung yang tentunya berukuran lebih kecil.

Ini Gregorian feed jenis reflektor dapat digunakan dengan empat cara -

• Sistem Gregorian menggunakan reflektor ellipsoidal sub-reflektor pada fokus F1.

• Sistem Gregorian menggunakan reflektor elipsoidal sub-reflektor pada fokus F2.

• Sistem Cassegrain menggunakan sub reflektor hiperboloid (cembung).

• Sistem Cassegrain menggunakan sub-reflektor hiperboloid (cekung tetapi umpan berada sangat dekat dengannya.)

Ini semua hanya untuk disebutkan karena tidak populer dan tidak banyak digunakan. Mereka punya keterbatasan.

Gambar tersebut dengan jelas menggambarkan pola kerja semua jenis reflektor. Ada jenis Reflektor paraboloid lainnya seperti -

• Potong- paraboloid
• Silinder parabola
• Parabola kotak pil

Namun, semuanya jarang digunakan karena keterbatasan dan ketidaksenangan yang mereka miliki dalam kondisi kerja mereka.

Oleh karena itu, dari semua jenis antena reflektor, reflektor parabola sederhana dan reflektor parabola umpan cassegrain adalah yang paling umum digunakan.

Sebuah antena, ketika secara individu dapat memancarkan sejumlah energi, ke arah tertentu, menghasilkan transmisi yang lebih baik, bagaimana jadinya jika lebih sedikit elemen ditambahkan, untuk menghasilkan keluaran yang lebih efisien. Ide inilah yang mengarah pada penemuanAntenna arrays.

Array antena dapat lebih dipahami dengan mengamati gambar berikut. Amati bagaimana susunan antena dihubungkan.

Sebuah antenna arrayadalah sistem radiasi, yang terdiri dari radiator dan elemen individu. Masing-masing radiator ini, saat berfungsi, memiliki medan induksi tersendiri. Unsur-unsur ditempatkan begitu dekat sehingga masing-masing terletak di medan induksi yang bertetangga. Oleh karena itu, pola radiasi yang dihasilkan oleh mereka, akan menjadi penjumlahan vektor dari masing-masing individu. Gambar berikut menunjukkan contoh lain dari array antena.

Jarak antara elemen dan panjang elemen menurut panjang gelombang juga harus diperhatikan saat mendesain antena ini.

Antena memancar secara individual dan saat berada dalam susunan, radiasi semua elemen dijumlahkan, untuk membentuk berkas radiasi, yang memiliki penguatan tinggi, pengarahan tinggi, dan kinerja lebih baik, dengan kerugian minimum.

Keuntungan

Berikut ini adalah keuntungan menggunakan antena array -

• Kekuatan sinyal meningkat
• Direktifitas tinggi diperoleh
• Lobus minor berkurang banyak
• Rasio Signal-to-noise yang tinggi tercapai
• Keuntungan tinggi diperoleh
• Pemborosan daya berkurang
• Performa yang lebih baik diperoleh

Kekurangan

Berikut ini adalah kerugian dari antena array -

• Kerugian resistif meningkat
• Pemasangan dan perawatan sulit
• Diperlukan ruang eksternal yang besar

Aplikasi

Berikut ini adalah aplikasi antena array -

• Digunakan dalam komunikasi satelit
• Digunakan dalam komunikasi nirkabel
• Digunakan dalam komunikasi radar militer
• Digunakan dalam studi astronomi

Jenis Array

Jenis dasar dari array adalah -

• Array collinear
• Array sisi yang luas
• Akhiri array api
• Array parasit
• Array Yagi-Uda
• Array log-peroidik
• Array pintu putar
• Array pintu putar super

Kami akan membahas array ini di bab-bab selanjutnya.

SEBUAH Collinear arrayterdiri dari dua atau lebih dipol setengah gelombang, yang ditempatkan ujung ke ujung. Antena ini ditempatkan pada garis atau sumbu yang sama, sejajar atau collinear.

Radiasi maksimum dalam array ini adalah sisi lebar dan tegak lurus dengan garis array. Array ini juga disebut sebagaibroad cast atau Omni-directional arrays.

Rentang frekuensi

Rentang frekuensi di mana antena collinear array beroperasi ada di sekitar 30 MHz to 3GHz yang termasuk dalam VHF dan UHF band.

Konstruksi Array

Array collinear ini adalah uni-directional antennasmemiliki keuntungan tinggi. Tujuan utama dari larik ini adalah untuk meningkatkan daya yang dipancarkan dan untuk menghasilkan sinar berarah tinggi, dengan menghindari kehilangan daya di arah lain.

Gambar di atas menunjukkan gambar collinear array. Pada gambar 1 terlihat bahwa collinear array dibentuk dengan menggunakan dipol lipat, sedangkan pada gambar 2 collinear array dibentuk oleh dipol normal. Kedua jenis dipol setengah gelombang yang umum digunakan.

Pola radiasi

Pola radiasi dari collinear array ini serupa dengan pola dipol tunggal, tetapi pola array dengan jumlah dipol yang semakin banyak, membuat perbedaan.

Pola radiasi collinear array ketika dibuat menggunakan dua elemen, tiga elemen dan empat elemen masing-masing ditunjukkan pada gambar yang diberikan di atas.

Itu broad side array juga memiliki pola yang sama, dimana arah radiasi maksimum tegak lurus dengan garis antena.

Keuntungan

Berikut ini adalah keuntungan dari antena collinear array -

• Penggunaan larik mengurangi ujung yang luas dan meningkatkan pengarahan
• Lobus minor diminimalkan
• Pemborosan daya berkurang

Kekurangan

Berikut ini adalah kerugian dari antena collinear array -

• Pemindahan antena ini adalah tugas yang sulit
• Hanya digunakan di area luar ruangan

Aplikasi

Berikut ini adalah aplikasi antena collinear array -

• Digunakan untuk pita VHF dan UHF
• Digunakan dalam komunikasi dua arah
• Digunakan juga untuk tujuan penyiaran

Array antena dalam bentuk yang paling sederhana, memiliki sejumlah elemen dengan ukuran yang sama, berjarak sama sepanjang garis lurus atau sumbu, membentuk titik-titik collinear, dengan semua dipol dalam fase yang sama, dari sumber yang sama bersama-sama membentuk broad side array.

Rentang frekuensi

Rentang frekuensi, di mana antena array collinear beroperasi ada di sekitar 30 MHz to 3GHz yang termasuk dalam VHF dan UHF band.

Konstruksi & Pekerjaan Array Sisi Luas

Menurut definisi standar, "Suatu susunan di mana arah utama radiasi tegak lurus terhadap sumbu larik dan juga bidang yang mengandung elemen larik" disebut sebagai broad side array. Oleh karena itu, pola radiasi antena tegak lurus dengan sumbu di mana array tersebut berada.

Diagram berikut menunjukkan larik samping yang luas, masing-masing pada tampilan depan dan samping.

Array sisi lebar sangat berarah pada sudut siku-siku ke bidang array. Namun, radiasi di pesawat akan sangat kecil karena pembatalan arah yang menghubungkan pusat.

Gambar array sisi lebar dengan jarak λ / 4 ditampilkan di bawah ini.

Panjang antena tipikal dalam array sisi lebar adalah dari 2 hingga 10 panjang gelombang. Jarak tipikal adalah λ / 2 atau λ. Titik umpan dipol digabungkan seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Pola radiasi

Pola radiasi antena ini adalah dua arah dan sudut siku-siku ke bidang. Baloknya sangat sempit dengan gain tinggi.

Gambar di atas menunjukkan pola radiasi dari array sisi lebar. Baloknya sedikit lebih lebar dan lobus minor jauh berkurang dalam hal ini.

Pengaturan fisik end-fire arraysama dengan array sisi luas. Besarnya arus pada setiap elemen sama, namun terdapat perbedaan fasa antara arus tersebut. Induksi energi ini berbeda di setiap elemen, yang dapat dipahami dengan diagram berikut.

Gambar di atas menunjukkan array end-fire masing-masing pada tampilan atas dan samping.

Tidak ada radiasi di sudut siku-siku ke bidang array karena pembatalan. Unsur pertama dan ketiga diumpankan keluar fase dan karena itu membatalkan radiasi satu sama lain. Demikian pula, kedua dan keempat diberi makan keluar fase, untuk dibatalkan.

Jarak dipol biasa adalah λ / 4 atau 3λ / 4. Pengaturan ini tidak hanya membantu menghindari radiasi yang tegak lurus dengan bidang antena, tetapi juga membantu energi yang dipancarkan dialihkan ke arah radiasi dari seluruh larik. Oleh karena itu, lobus minor dihindari dan direktivitas ditingkatkan. Balok menjadi lebih sempit dengan elemen yang ditingkatkan.

Pola radiasi

Pola radiasi dari end-fire array adalah uni-directional. Lobus mayor terjadi di salah satu ujungnya, di mana terdapat radiasi maksimum, sedangkan lobus minor menunjukkan kehilangan.

Gambar tersebut menjelaskan pola radiasi dari array api-ujung. Gambar 1 adalah pola radiasi untuk satu array, sedangkan gambar 2, 3, dan 4 mewakili pola radiasi untuk beberapa array.

Array End-fire Vs Broad Side Array

Kami telah mempelajari kedua array. Mari kita coba membandingkan end-fire dan array sisi yang luas, bersama dengan karakteristiknya.

Gambar tersebut mengilustrasikan pola radiasi dari array ujung api dan array sisi lebar.

• Keduanya, end fire array dan broad side array, linier dan resonan, karena terdiri dari elemen resonansi.

• Karena resonansi, kedua array menampilkan sinar yang lebih sempit dan pengarahan yang tinggi.

• Kedua larik ini digunakan dalam tujuan transmisi.

• Tak satu pun dari mereka digunakan untuk penerimaan, karena kebutuhan untuk mencakup rentang frekuensi diperlukan untuk semua jenis penerimaan.

Array antena seperti yang terlihat di atas, digunakan untuk peningkatan penguatan dan pengarahan.

SEBUAH parasitic elementadalah elemen, yang bergantung pada umpan orang lain. Itu tidak memiliki pakan sendiri. Karenanya, dalam jenis larik ini kami menggunakan elemen semacam itu, yang membantu meningkatkan radiasi secara tidak langsung.

Unsur parasit ini tidak langsung terhubung ke pakan.

Gambar di atas menunjukkan contoh array parasit. Struktur jaring terlihat pada gambar, tidak lain adalah sekumpulan reflektor. Reflektor ini tidak terhubung secara elektrik. Mereka meningkatkan kekuatan sinyal dengan meningkatkan arah pancaran.

Konstruksi & Pengerjaan Parasitic Array

Mari kita lihat bagian penting dari array Parasitik dan cara kerjanya.

Bagian utamanya adalah -

• Elemen yang digerakkan
• Elemen parasit
  • Reflector
  • Director
• Boom

Elemen yang digerakkan

Antena memancar secara individual dan saat berada dalam susunan, radiasi semua elemen dijumlahkan untuk membentuk berkas radiasi. Semua elemen larik tidak perlu terhubung ke umpan. Dipol yang terhubung ke feed dikenal sebagai adriven element.

Elemen Parasit

Elemen yang ditambahkan tidak memiliki sambungan listrik di antara mereka ke elemen yang digerakkan atau umpan. Mereka diposisikan sedemikian rupa sehingga terletak di bidang induksi elemen yang digerakkan. Oleh karena itu, mereka dikenal sebagaiparasitic elements.

Reflector

Jika salah satu elemen parasit, yang 5% lebih panjang dari elemen penggerak, ditempatkan dekat dengan elemen penggerak lebih lama, maka ia bertindak sebagai cermin cekung, yang mencerminkan energi ke arah pola radiasi daripada arahnya sendiri. dan karenanya dikenal sebagai a reflector.

Director

Sebuah elemen parasit, yang 5% lebih pendek dari elemen penggerak, yang menerima energi, cenderung meningkatkan radiasi ke arahnya sendiri dan oleh karena itu, berperilaku seperti lensa cembung konvergen. Elemen ini disebut sebagai adirector. Sejumlah direktur ditempatkan untuk meningkatkan pengarahan.

Ledakan

Elemen dimana semua ini ditempatkan disebut a boom. Ini adalah struktur non-logam yang menyediakan isolasi, sehingga tidak akan ada korsleting antara elemen lain dari larik.

Ini semua adalah elemen utama yang berkontribusi pada radiasi. Ini bisa lebih dipahami dengan bantuan diagram

Gambar yang ditunjukkan di atas adalah gambar dari array parasit, yang menunjukkan bagian-bagian dari array parsit seperti elemen yang digerakkan, direktur dan reflektor. Pakan diberikan melalui feeder.

Array digunakan pada frekuensi mulai dari 2MHz untuk several GHz. Ini terutama digunakan untuk mendapatkan direktivitas tinggi, dan keuntungan maju yang lebih baik dengan auni-directional. Contoh paling umum dari jenis array ini adalahYagi-Uda antenna. Antena quad juga dapat dikutip sebagai contoh lain.

Yagi-Uda antennaadalah jenis antena yang paling umum digunakan untuk penerimaan TV selama beberapa dekade terakhir. Ini adalah jenis antena yang paling populer dan mudah digunakan dengan kinerja yang lebih baik, yang terkenal dengan penguatan dan pengarahannya yang tinggi

Frequency range

Rentang frekuensi di mana antena Yagi-Uda beroperasi ada di sekitar 30 MHz to 3GHz yang termasuk dalam VHF dan UHF band.

Pembangunan Antena Yagi-Uda

Antena Yagi-Uda terlihat di atas hampir setiap rumah selama beberapa dekade terakhir. Elemen parasit dan dipol bersama-sama membentuk antena Yagi-Uda ini.

Gambar tersebut menunjukkan a Yagi-Uda antenna. Terlihat banyak direksi yang ditempatkan untuk meningkatkan direktivitas antena. Pengumpan adalah dipol terlipat. Reflektor adalah elemen panjang yang berada di ujung struktur.

Sosok tersebut menggambarkan bentuk antena Yagi-Uda yang jelas. Struktur seperti batang tengah tempat elemen dipasang disebut sebagaiboom. Elemen yang terhubung dengan kepala hitam tebal adalahdriven elementke mana saluran transmisi dihubungkan secara internal, melalui tiang hitam itu. Elemen tunggal yang ada di belakang elemen yang digerakkan adalahreflector, yang memantulkan semua energi menuju arah pola radiasi. Elemen lainnya, sebelum elemen yang digerakkan, adalahdirectors, yang mengarahkan sinar ke sudut yang diinginkan.

Merancang

Untuk antena ini yang akan dirancang, spesifikasi desain berikut harus diikuti.

Mereka adalah -

ELEMEN	SPESIFIKASI
Panjang Elemen Didorong	0,458λ sampai 0,5λ
Panjang Reflektor	0,55λ sampai 0,58λ
Panjang Direktur 1	0,45λ
Panjang Direktur 2	0,40λ
Panjang Direktur 3	0,35λ
Jarak antar Direktur	0,2λ
Jarak reflektor ke dipol	0,35λ
Dipol ke jarak Director	0,125λ

Jika spesifikasi yang diberikan di atas diikuti, seseorang dapat merancang antena Yagi-Uda.

Pola radiasi

Pola arah antena Yagi-Uda adalah highly directive seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Lobus minor ditekan dan pengarahan dari lobus mayor ditingkatkan dengan penambahan pengarah ke antena.

Keuntungan

Berikut ini adalah keunggulan antena Yagi-Uda -

• Keuntungan tinggi tercapai.
• Direktifitas tinggi tercapai.
• Kemudahan penanganan dan perawatan.
• Jumlah daya yang terbuang lebih sedikit.
• Jangkauan frekuensi yang lebih luas.

Kekurangan

Berikut ini adalah kelemahan antena Yagi-Uda -

• Rawan kebisingan.
• Rawan terhadap efek atmosfer.

Aplikasi

Berikut ini adalah aplikasi antena Yagi-Uda -

• Kebanyakan digunakan untuk penerimaan TV.
• Digunakan di mana aplikasi frekuensi tunggal dibutuhkan.

Antena Yagi-Uda banyak digunakan untuk keperluan rumah tangga. Namun, untuk tujuan komersial dan untuk menyetel rentang frekuensi, kita perlu memiliki antena lain yang dikenal sebagaiLog-periodic antenna. Antena log-periodik adalah antena yang impedansinya merupakan fungsi frekuensi periodik secara logaritma.

Rentang frekuensi

Rentang frekuensi, di mana antena log-periodik beroperasi ada di sekitar 30 MHz to 3GHz yang termasuk dalam VHF dan UHF band.

Konstruksi & Pekerjaan Antena Log-periodik

Konstruksi dan pengoperasian antena log-periodik mirip dengan antena Yagi-Uda. Keuntungan utama antena ini adalah menunjukkan karakteristik konstan pada rentang frekuensi operasi yang diinginkan. Ia memiliki ketahanan radiasi yang sama dan oleh karena itu SWR yang sama. Penguatan dan rasio depan-ke-belakang juga sama.

Gambar menunjukkan antena log-periodik.

Dengan perubahan frekuensi operasi, wilayah aktif bergeser di antara elemen-elemen dan karenanya semua elemen tidak akan aktif hanya pada satu frekuensi. Ini miliknyaspecial characteristic.

Ada beberapa jenis antena log-periodik seperti planar, trapesium, zig-zag, tipe V, slot dan dipol. Yang paling banyak digunakan adalah larik dipol log-periodik, singkatnya LPDA.

Diagram larik log-periodik diberikan di atas.

Struktur fisik dan karakteristik kelistrikan, jika diamati, bersifat repetitif. Array terdiri dari dipol dengan panjang dan jarak yang berbeda, yang diumpankan dari saluran transmisi dua kabel. Garis ini dialihkan antara setiap pasangan dipol yang berdekatan.

Panjang dan pemisahan dipol terkait dengan rumus -

$$\frac{R_{1}}{R_{2}} = \frac{R_{2}}{R_{3}} = \frac{R_{3}}{R_{4}} = T = \frac{l_{1}}{l_{2}} = \frac{l_{2}}{l_{3}} = \frac{l_{3}}{l_{4}}$$

Dimana

• т adalah rasio desain dan т <1
• R adalah jarak antara umpan dan dipol
• l adalah panjang dipol.

Keuntungan direktif yang diperoleh rendah sampai sedang. Pola radiasinya mungkinUnidirectional or Bi-directional.

Pola radiasi

Pola radiasi dari antena periodik log dapat berupa satu arah atau dua arah, tergantung pada struktur periodik log.

Untuk uni-directional Log-periodic antennaRadiasi menuju elemen yang lebih pendek jumlahnya cukup banyak, sedangkan untuk arah maju kecil atau nol.

Pola radiasional untuk antena log-periodik uni-directional diberikan di atas.

Untuk bi-directional Log-periodic antenna, radiasi maksimum berada di sisi lebar, yang normal pada permukaan antena.

Gambar yang diberikan di atas menunjukkan pola radiasional untuk antena log-periodik dua arah.

Keuntungan

Berikut ini adalah keuntungan dari antena Log-periodik -

• Desain antena kompak.
• Pola gain dan radiasi divariasikan sesuai dengan kebutuhan.

Kekurangan

Berikut ini adalah kerugian dari antena Log-periodik -

• Dudukan eksternal.
• Biaya pemasangan tinggi.

Aplikasi

Berikut ini adalah aplikasi antena Log-periodik -

• Digunakan untuk komunikasi HF.
• Digunakan untuk jenis resepsi TV tertentu.
• Digunakan untuk pemantauan serba dalam pita frekuensi yang lebih tinggi.

Itu Turnstile antennaadalah jenis antena array lainnya. Bentuk larik ini melambangkan pintu putar, yang digunakan di pintu masuk beberapa tempat. Antena ini memiliki berbagai macam aplikasi militer.

Rentang frekuensi

Rentang frekuensi di mana antena pintu putar beroperasi ada di sekitar 30 MHz to 3GHz yang termasuk dalam VHF dan UHF band.

Konstruksi & Pekerjaan Antena Pintu Putar

Dua dipol setengah gelombang yang identik ditempatkan pada sudut siku-siku satu sama lain dan diumpankan dalam fase. Dipol ini tereksitasi 90 ° keluar fase satu sama lain. Array pintu putar juga bisa disebut sebagaicrossed dipoles array.

Gambar di atas mengilustrasikan antena pintu putar.

Untuk memberikan pengarahan yang tinggi, beberapa pintu putar dapat ditumpuk di sepanjang sumbu vertikal, dan dibuat bertahap seperti yang ditunjukkan pada gambar yang diberikan di atas. Polarisasi antena pintu putar ini bergantung pada mode operasinya.

Sepasang dipol seperti itu yang sering ditumpuk, dikenal sebagai BAY. Pada gambar di atas, dua bay diberi jarak setengah panjang gelombang(λ/2)terpisah dan elemen yang sesuai dimasukkan dalam fase. Radiasi yang dihasilkan oleh kombinasi teluk menghasilkan pengarahan yang lebih baik.

Mode Operasi

Berikut ini adalah mode pengoperasian antena Pintu Putar.

Normal mode

Dalam mode operasi Normal, antena memancar horizontally polarized gelombang yang tegak lurus dengan porosnya.

Axial mode

Dalam mode aksial, antena memancar circularly polarized gelombang di sepanjang porosnya yaitu sejajar dengan porosnya.

Untuk polarisasi melingkar, pemancar yang memancar dengan polarisasi lingkaran kanan harus memiliki penerima dengan polarisasi lingkaran kanan yang sama dan sebaliknya. Jika itu adalah polarisasi lingkaran kiri, tidak seperti pemancar, akan ada kehilangan penguatan yang parah.

Antena Pintu Putar Super

Untuk antena pintu putar, daya radiasi adalah 3dB di bawah radiasi maksimum dari dipol setengah gelombang yang memancarkan daya yang sama. Oleh karena itu, untuk mengatasi kerugian ini,Super-turnstile antenna dibangun.

Elemen dipol sederhana di pintu putar diganti dengan empat lembaran datar di pintu putar Super. Desain susunan pintu putar super sedemikian rupa sehingga 1 hingga 8 bay dapat dibangun pada satu tiang. Nama lain untuk antena pintu putar Super adalahBatwing Antenna.

Gambar di atas menunjukkan antena pintu putar super. Gambar 1 menunjukkan susunan superturnstile array dengan titik merah sebagai feed point. Gambar 2 menunjukkan susunan pintu putar bertumpuk yang digunakan dalam komunikasi satelit.

Pola radiasi

Pola radiasi akan serupa dengan pola radiasi dua dipol super. Meskipun mirip dengan pola omni-directional, ia meninggalkan pola berbentuk daun cloveleaf.

Gambar di atas menunjukkan pola radiasional dari sebuah larik pintu putar. Pola figure-ofeight yang khas digabungkan untuk menghasilkan pola yang hampir melingkar.

• Gambar A menunjukkan pola individu yang digabungkan.

• Gambar B menunjukkan pola vertikal teluk tunggal dan juga pola gabungan dari empat teluk.

• Gambar C menunjukkan pola gabungan empat bay yang dihasilkan yang menunjukkan arah yang lebih baik.

Keuntungan

Berikut ini adalah keuntungan dari antena Turnstile -

• Keuntungan tinggi dicapai dengan menumpuk

• Pintu putar super menghasilkan output dengan gain tinggi

• Direktifitas yang lebih baik tercapai

Kerugian

Berikut ini adalah kelemahan antena Turnstile -

• Daya radiasi adalah 3dB di bawah radiasi maksimum dari setengah gelombang dipol yang memancarkan daya yang sama.

Aplikasi

Berikut ini adalah aplikasi antena Turnstile -

• Digunakan untuk komunikasi VHF

• Digunakan untuk siaran FM dan TV

• Digunakan dalam komunikasi militer

• Digunakan dalam komunikasi satelit

Di atmosfer bumi, perambatan gelombang tidak hanya bergantung pada sifat-sifat gelombang, tetapi juga pada efek lingkungan dan lapisan atmosfer bumi. Semua ini harus dipelajari untuk membentuk gambaran tentang bagaimana gelombang merambat di lingkungan.

Mari kita lihat frequency spectrumdi mana transmisi atau penerimaan sinyal berlangsung. Berbagai jenis antena diproduksi tergantung pada rentang frekuensi pengoperasiannya.

Spektrum elektromagnetik

Komunikasi nirkabel didasarkan pada prinsip penyiaran dan penerimaan gelombang elektromagnetik. Gelombang-gelombang ini dapat dikarakterisasi oleh frekuensi (f) dan panjang gelombangnya (λ) lambda.

Representasi bergambar spektrum elektromagnetik diberikan pada gambar berikut.

Pita frekuensi rendah

Pita frekuensi rendah terdiri dari radio, gelombang mikro, inframerah dan bagian spektrum yang terlihat. Mereka dapat digunakan untuk transmisi informasi dengan memodulasi amplitudo, frekuensi atau fase gelombang.

Pita frekuensi tinggi

Pita frekuensi tinggi terdiri dari sinar-X dan sinar Gamma. Secara teoritis, gelombang ini lebih baik untuk perambatan informasi. Namun, gelombang ini tidak digunakan secara praktis karena kesulitan modulasi dan gelombang tersebut berbahaya bagi makhluk hidup. Selain itu, gelombang frekuensi tinggi tidak merambat dengan baik melalui gedung.

Pita Frekuensi dan Penggunaannya

Tabel berikut menggambarkan pita frekuensi dan penggunaannya -

Nama band	Frekuensi	Panjang gelombang	Aplikasi
Frekuensi Sangat Rendah (ELF)	30 Hz sampai 300 Hz	10.000 hingga 1.000 KM	Frekuensi saluran listrik
Frekuensi Suara (VF)	300 Hz sampai 3 KHz	1.000 hingga 100 KM	Komunikasi Telepon
Frekuensi Sangat Rendah (VLF)	3 KHz sampai 30 KHz	100 hingga 10 KM	Komunikasi Kelautan
Frekuensi Rendah (LF)	30 KHz sampai 300 KHz	10 sampai 1 KM	Komunikasi Kelautan
Frekuensi Sedang (MF)	300 KHz sampai 3 MHz	1000 sampai 100 m	AM Broadcasting
Frekuensi Tinggi (HF)	3 MHz sampai 30 MHz	100 sampai 10 m	Komunikasi pesawat / kapal jarak jauh
Frekuensi Sangat Tinggi (VHF)	30 MHz sampai 300 MHz	10 sampai 1 m	Penyiaran FM
Frekuensi Ultra Tinggi (UHF)	300 MHz sampai 3 GHz	100 sampai 10 cm	Telepon Seluler
Frekuensi Super Tinggi (SHF)	3 GHz hingga 30 GHz	10 sampai 1 cm	Komunikasi Satelit, Tautan gelombang mikro
Frekuensi Sangat Tinggi (EHF)	30 GHz hingga 300 GHz	10 sampai 1 mm	Loop lokal nirkabel
Inframerah	300 GHz hingga 400 THz	1 mm sampai 770 nm	Elektronik Konsumen
Cahaya Tampak	400 THz sampai 900 THz	770 nm sampai 330 nm	Komunikasi Optik

Alokasi Spektrum

Karena spektrum elektromagnetik adalah sumber daya bersama, yang terbuka untuk diakses oleh siapa saja, beberapa perjanjian nasional dan internasional telah dibuat mengenai penggunaan pita frekuensi yang berbeda dalam spektrum. Pemerintah nasional masing-masing mengalokasikan spektrum untuk aplikasi seperti siaran radio AM / FM, siaran televisi, telepon seluler, komunikasi militer, dan penggunaan pemerintah.

Di seluruh dunia, badan Komunikasi Radio Persatuan Telekomunikasi Internasional (ITU-R) Biro bernama Konferensi Radio Administrasi Dunia (WARC) mencoba mengoordinasikan alokasi spektrum oleh berbagai pemerintah nasional, sehingga perangkat komunikasi yang dapat bekerja di banyak negara dapat diproduksi.

Batasan Transmisi

Empat jenis batasan yang mempengaruhi transmisi gelombang elektromagnetik adalah -

Atenuasi

Menurut definisi standar, “Penurunan kualitas dan kekuatan sinyal disebut attenuation. ”

Kekuatan sinyal turun dengan jarak di atas media transmisi. Tingkat atenuasi merupakan fungsi jarak, media transmisi, serta frekuensi transmisi yang mendasarinya. Bahkan di ruang bebas, tanpa gangguan lain, sinyal yang ditransmisikan melemahkan jarak, hanya karena sinyal disebarkan ke area yang lebih besar dan lebih besar.

Distorsi

Menurut definisi standar, "Setiap perubahan yang mengubah hubungan dasar antara komponen frekuensi sinyal atau tingkat amplitudo sinyal dikenal sebagai distortion. ”

Distorsi sinyal adalah proses yang menyebabkan gangguan pada properti sinyal, menambahkan beberapa komponen yang tidak diinginkan, yang mempengaruhi kualitas sinyal. Ini biasanya di penerima FM, di mana sinyal yang diterima, kadang-kadang benar-benar terganggu sehingga mengeluarkan suara berdengung sebagai output.

Penyebaran

Menurut definisi standar, "Dispersion adalah fenomena di mana kecepatan rambat gelombang elektromagnetik bergantung pada panjang gelombang. "

Dispersionadalah fenomena penyebaran ledakan energi elektromagnetik selama perambatan. Ini sangat lazim dalam transmisi kabel seperti serat optik. Semburan data yang dikirim secara berurutan cenderung bergabung karena penyebaran. Semakin panjang panjang kabel, semakin parah efek dispersinya. Pengaruh dispersi membatasi produk R dan L. Dimana‘R’ adalah data rate dan ‘L’ adalah distance.

Kebisingan

Menurut definisi standar, "Segala bentuk energi yang tidak diinginkan yang cenderung mengganggu penerimaan dan reproduksi sinyal yang diinginkan dengan benar dan mudah disebut sebagai Noise".

Bentuk kebisingan yang paling luas adalah thermal noise. Ini sering dimodelkan menggunakan model Gaussian aditif. Kebisingan termal disebabkan oleh agitasi termal elektron dan didistribusikan secara seragam di seluruh spektrum frekuensi.

Bentuk kebisingan lainnya termasuk -

• Inter modulation noise - Disebabkan oleh sinyal yang dihasilkan pada frekuensi yang merupakan penjumlahan atau perbedaan frekuensi pembawa.

• Crosstalk - Interferensi antara dua sinyal.

• Impulse noise- Denyut tak beraturan energi tinggi yang disebabkan oleh gangguan elektromagnetik eksternal. Derau impuls mungkin tidak berdampak signifikan pada data analog. Namun, ini memiliki efek yang terlihat pada data digital, menyebabkan kesalahan burst.

Dalam bab ini, mari kita bahas berbagai topik menarik seperti properti gelombang radio, perambatan gelombang radio, dan tipenya.

Gelombang radio

Gelombang radio mudah dibuat dan digunakan secara luas untuk komunikasi di dalam dan luar ruangan karena kemampuannya untuk melewati gedung dan menempuh jarak yang jauh.

Fitur utamanya adalah -

• Sejak transmisi radio Omni directional di alam, kebutuhan untuk menyelaraskan pemancar dan penerima secara fisik tidak muncul.

• Frekuensi gelombang radio menentukan banyak karakteristik transmisi.

• Pada frekuensi rendah, gelombang dapat melewati rintangan dengan mudah. Namun, kekuatan mereka jatuh dengan hubungan kuadrat terbalik sehubungan dengan jarak.

• Gelombang frekuensi yang lebih tinggi lebih rentan terhadap penyerapan oleh tetesan hujan dan dipantulkan oleh hambatan.

• Karena jangkauan transmisi gelombang radio yang panjang, interferensi antar transmisi merupakan masalah yang perlu ditangani.

Dalam pita VLF, LF dan MF perambatan gelombang disebut juga sebagai ground wavesikuti lengkungan bumi. Jangkauan transmisi maksimum gelombang-gelombang ini adalah beberapa ratus kilometer. Mereka digunakan untuk transmisi bandwidth rendah seperti siaran radio Amplitude Modulation (AM).

Transmisi pita HF dan VHF diserap oleh atmosfer, di dekat permukaan bumi. Namun, sebagian dari radiasi tersebut disebutsky wave, dipancarkan ke luar dan ke atas ke ionosfer di atmosfer bagian atas. Ionosfer mengandung partikel terionisasi yang terbentuk karena radiasi Matahari. Partikel terionisasi ini memantulkan gelombang langit kembali ke Bumi. Gelombang langit yang kuat dapat dipantulkan beberapa kali antara Bumi dan ionosfer. Gelombang langit digunakan oleh operator radio amatir dan untuk komunikasi militer.

Propagasi Gelombang Radio

Di Radio communication systems, kami menggunakan gelombang elektromagnetik nirkabel sebagai saluran. Antena dengan spesifikasi berbeda dapat digunakan untuk tujuan ini. Ukuran antena ini bergantung pada bandwidth dan frekuensi sinyal yang akan dikirim.

Mode propagasi gelombang elektromagnetik di atmosfer dan di ruang bebas dapat dibagi menjadi tiga kategori berikut -

• Propagasi garis pandang (LOS)
• Perambatan gelombang tanah
• Perambatan gelombang langit

Dalam pita frekuensi ELF (Frekuensi Sangat Rendah) dan VLF (Frekuensi Sangat Rendah), Bumi, dan ionosfer bertindak sebagai pemandu gelombang untuk perambatan gelombang elektromagnetik.

Dalam rentang frekuensi ini, sinyal komunikasi praktis merambat ke seluruh dunia. Lebar pita saluran kecil. Oleh karena itu, informasi yang dikirimkan melalui saluran ini memiliki kecepatan yang lambat dan terbatas pada transmisi digital.

Propagasi Line of Sight (LOS)

Di antara mode propagasi, propagasi garis pandang ini adalah salah satu yang biasa kita perhatikan. Dalamline-of-sight communication, seperti namanya, gelombang menempuh jarak minimum pandang. Artinya, ia bergerak ke jarak yang bisa dilihat dengan mata telanjang. Sekarang apa yang terjadi setelah itu? Kita perlu menggunakan pemancar sekaligus penguat di sini untuk memperkuat sinyal dan mengirimkannya lagi.

Ini lebih baik dipahami dengan bantuan diagram berikut.

Gambar tersebut menggambarkan mode propagasi ini dengan sangat jelas. Propagasi line-of-sight tidak akan mulus jika terjadi hambatan pada jalur transmisinya. Karena sinyal hanya dapat melakukan perjalanan ke jarak yang lebih kecil dalam mode ini, transmisi ini digunakan untukinfrared atau microwave transmissions.

Propagasi Gelombang Tanah

Perambatan gelombang tanah mengikuti kontur bumi. Gelombang seperti itu disebut sebagaidirect wave. Gelombang terkadang melengkung karena medan magnet bumi dan dipantulkan ke penerima. Gelombang seperti itu bisa disebut sebagaireflected wave.

Gambar di atas menggambarkan perambatan gelombang tanah. Gelombang ketika merambat melalui atmosfer bumi dikenal sebagaiground wave. Gelombang langsung dan gelombang pantul bersama-sama menyumbangkan sinyal di stasiun penerima. Ketika gelombang akhirnya mencapai penerima, kelambatan dibatalkan. Selain itu, sinyal disaring untuk menghindari distorsi dan diperkuat untuk keluaran yang jelas.

Propagasi Gelombang Langit

Propagasi gelombang langit lebih disukai ketika gelombang harus menempuh jarak yang lebih jauh. Di sini gelombang diproyeksikan ke langit dan dipantulkan kembali ke bumi.

Itu sky wave propagationdigambarkan dengan baik pada gambar di atas. Di sini gelombang dipancarkan dari satu tempat dan diterima oleh banyak penerima. Makanya, ini adalah contoh penyiaran.

Gelombang, yang dipancarkan dari antena pemancar, dipantulkan dari ionosfer. Ini terdiri dari beberapa lapisan partikel bermuatan mulai dari ketinggian 30- 250 mil di atas permukaan bumi. Perjalanan gelombang seperti itu dari pemancar ke ionosfer dan dari sana ke penerima di Bumi dikenal sebagaiSky Wave Propagation. Ionosfer adalah lapisan terionisasi di sekitar atmosfer bumi, yang cocok untuk perambatan gelombang langit.

Atmosfer bumi memiliki beberapa lapisan. Lapisan ini memainkan peran penting dalam komunikasi nirkabel. Ini terutama diklasifikasikan menjadi tiga lapisan.

Troposfer

Ini adalah lapisan bumi, yang terletak tepat di atas permukaan tanah. Kami, flora dan fauna hidup di lapisan ini. Perambatan gelombang tanah dan perambatan LOS berlangsung di sini.

Stratosfir

Ini adalah lapisan bumi, yang terletak di atas Troposfer. Burung-burung terbang di wilayah ini. Pesawat terbang di wilayah ini. Lapisan ozon juga ada di wilayah ini. Propagasi gelombang tanah dan propagasi LOS terjadi di sini.

Ionosfir

Ini adalah lapisan atas atmosfer bumi, tempat ionisasi cukup besar. Energi yang diradiasikan matahari tidak hanya memanaskan wilayah ini, tetapi juga menghasilkan ion positif dan ion negatif. Karena Matahari secara konstan memancarkan sinar UV dan tekanan udara rendah, lapisan ini mendorong ionisasi partikel.

Pentingnya Ionosfer

Lapisan ionosfer merupakan pertimbangan yang sangat penting dalam fase perambatan gelombang karena alasan berikut -

• Lapisan di bawah ionosfer memiliki jumlah partikel udara yang lebih tinggi dan radiasi UV yang lebih rendah. Oleh karena itu, lebih banyak tabrakan terjadi dan ionisasi partikel menjadi minimum dan tidak konstan.

• Lapisan di atas ionosfer memiliki jumlah partikel udara yang sangat rendah dan kepadatan ionisasinya juga cukup rendah. Oleh karena itu, ionisasi tidak tepat.

• Ionosfer memiliki komposisi radiasi UV yang baik dan kerapatan udara rata-rata yang tidak mempengaruhi ionisasi. Oleh karena itu, lapisan ini memiliki pengaruh paling besar terhadap perambatan gelombang langit.

Ionosfer memiliki gas yang berbeda dengan tekanan yang berbeda pula. Agen pengion yang berbeda mengionisasi ini pada ketinggian yang berbeda. Karena berbagai tingkat ionisasi dilakukan di setiap tingkat, yang memiliki gas berbeda, beberapa lapisan dengan sifat berbeda akan terbentuk di ionosfer.

Lapisan ionosfer dapat dipelajari dari gambar berikut.

Jumlah lapisan, ketinggiannya, jumlah gelombang langit yang dapat ditekuk akan bervariasi dari hari ke hari, bulan ke bulan dan tahun ke tahun. Untuk setiap lapisan tersebut, ada frekuensi, di atasnya jika gelombang dikirim ke atas secara vertikal, ia menembus melalui lapisan tersebut.

Fungsi dari lapisan-lapisan ini tergantung pada waktu pada siang hari, yaitu siang dan malam. Ada tiga lapisan utama- E, F1 dan F2 selama siang hari. Ada lapisan lain yang disebut lapisan D, yang terletak di bawah lapisan E. Lapisan ini berada pada 50 hingga 90 km di atas troposfer.

Gambar berikut ini menggambarkan lapisan-lapisan yang ada pada siang dan malam hari di atmosfer bumi.

Lapisan D ini bertanggung jawab atas redaman gelombang HF siang hari. Pada malam hari, lapisan D ini hampir menghilang dan lapisan F1 dan F2 bergabung bersama untuk membentuk lapisan F. Makanya, hanya ada dualayers E and F hadir di night time.

Dalam proses perambatan gelombang, ada beberapa istilah yang cukup sering kita temui. Mari kita bahas istilah-istilah tersebut satu per satu.

Ketinggian Virtual

Saat gelombang dibiaskan, gelombang itu ditekuk secara bertahap, tetapi tidak tajam. Namun, jalur gelombang datang dan gelombang pantul sama jika dipantulkan dari permukaan yang terletak pada ketinggian yang lebih tinggi dari lapisan ini. Ketinggian yang lebih besar ini disebut sebagai ketinggian virtual.

Angka tersebut dengan jelas membedakan virtual height (ketinggian gelombang, seharusnya dipantulkan) dan actual height(ketinggian yang dibiaskan). Jika ketinggian virtual diketahui, sudut datang dapat ditemukan.

Frekuensi Kritis

Frekuensi kritis untuk sebuah lapisan menentukan frekuensi tertinggi yang akan dikembalikan ke bumi oleh lapisan tersebut, setelah dipancarkan oleh pemancar, langsung ke langit.

Laju kerapatan ionisasi, bila diubah secara teratur melalui lapisan, gelombang akan membengkok ke bawah. Frekuensi maksimum yang bengkok dan mencapai stasiun penerima dengan atenuasi minimum, dapat disebut sebagaicritical frequency. Ini dilambangkan denganf_c.

Multi-jalur

Untuk frekuensi di atas 30 MHz, ada propagasi gelombang langit. Multipath sinyal adalah masalah umum untuk perambatan gelombang elektromagnetik melalui gelombang Sky. Gelombang yang dipantulkan dari ionosfer dapat disebut sebagai ahop atau skip. Ada sejumlah lompatan untuk sinyal karena dapat bergerak bolak-balik dari ionosfer dan permukaan bumi berkali-kali. Pergerakan sinyal seperti itu dapat disebut sebagaimultipath.

Gambar di atas menunjukkan contoh propagasi multi-jalur. Propagasi multipath adalah istilah, yang mendeskripsikan beberapa jalur yang dilalui sinyal untuk mencapai tujuan. Jalur ini mencakup sejumlah lompatan. Jalur tersebut mungkin merupakan hasil refleksi, refraksi atau bahkan difraksi. Akhirnya, ketika sinyal dari jalur yang berbeda sampai ke penerima, itu membawa penundaan propagasi, kebisingan tambahan, perbedaan fasa, dll., Yang menurunkan kualitas keluaran yang diterima.

Kabur

Penurunan kualitas sinyal dapat disebut sebagai fading. Ini terjadi karena efek atmosfer atau pantulan akibat multipath.

Fading mengacu pada variasi kekuatan sinyal sehubungan dengan waktu / jarak. Ini lazim secara luas dalam transmisi nirkabel. Penyebab paling umum dari pemudaran di lingkungan nirkabel adalah perambatan multipath dan mobilitas (objek serta perangkat yang berkomunikasi).

Lewati Jarak

Jarak terukur di permukaan bumi dari pemancar ke penerima, di mana sinyal yang dipantulkan dari ionosfer dapat mencapai penerima dengan lompatan atau lompatan minimum, dikenal sebagai skip distance.

Frekuensi Penggunaan Maksimum (MUF)

Itu Maximum Usable Frequency (MUF)adalah frekuensi tertinggi yang dikirimkan oleh pemancar terlepas dari daya pemancar. Frekuensi tertinggi, yang dipantulkan dari ionosfer ke penerima disebut sebagaicritical frequency, fc.

$$MUF = \frac{Critical\ frequency}{\cos\theta} = f_{c}\sec\theta$$

Frekuensi Kerja Optimal (OWF)

Frekuensi, yang sebagian besar digunakan untuk transmisi tertentu dan yang telah diprediksi akan digunakan selama periode waktu tertentu, melalui jalur, disebut sebagai Optimum Working Frequency (OWF).

Interferensi Simbol Inter

Inter symbol interference(ISI) lebih sering terjadi dalam sistem komunikasi. Ini juga merupakan alasan utama untuk sinyal multipath. Ketika sinyal tiba di stasiun penerima melalui jalur propagasi yang berbeda, mereka membatalkan satu sama lain, yang dikenal sebagai fenomenasignal fading. Di sini, harus diingat bahwa sinyal meniadakan dirinya sendiri secara vektor.

Kedalaman Kulit

Gelombang elektromagnetik tidak cocok untuk propagasi bawah air. Namun, mereka dapat merambat di bawah air asalkan kami membuat frekuensi perambatannya sangat rendah. Redaman gelombang elektromagnetik di bawah air dinyatakan dalam kedalaman kulit.Skin depthdidefinisikan sebagai jarak di mana sinyal dilemahkan oleh 1 / e. Ini adalah ukuran kedalaman dimana gelombang EM dapat menembus. Kedalaman kulit direpresentasikan sebagaiδ (delta).

Perbanyakan Saluran

Pada ketinggian sekitar 50 mts dari troposfer, ada fenomena; suhu meningkat dengan ketinggian. Di wilayah troposfer ini, frekuensi yang lebih tinggi atau frekuensi gelombang mikro cenderung membiaskan kembali ke atmosfer bumi, alih-alih menembak ke ionosfer, untuk memantulkannya. Gelombang ini merambat di sekitar lengkungan bumi bahkan hingga jarak 1000km.

Pembiasan ini terus berlanjut di wilayah troposfer ini. Ini bisa disebut sebagaiSuper refraction atau Duct propagation.

Gambar di atas menunjukkan proses Duct Propagation. Persyaratan utama untuk pembentukan saluran adalah pembalikan suhu. Kenaikan suhu dengan ketinggian, bukan penurunan suhu yang dikenal sebagai fenomena inversi suhu.

Kami telah membahas parameter penting, yang kami temukan dalam perambatan gelombang. Gelombang dengan frekuensi yang lebih tinggi ditransmisikan dan diterima menggunakan teknik perambatan gelombang ini.