Berita - Pengenalan dan klasifikasi beberapa antena umum

1. Pengenalan Antena
Antena merupakan struktur transisi antara ruang bebas dan saluran transmisi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Saluran transmisi dapat berupa saluran koaksial atau tabung berongga (panduan gelombang), yang digunakan untuk mentransmisikan energi elektromagnetik dari sumber ke antena, atau dari antena ke penerima. Yang pertama merupakan antena pemancar, dan yang kedua merupakan antena penerima.

Gambar 1 Jalur transmisi energi elektromagnetik (sumber-jaringan transmisi-antena-ruang bebas)

Transmisi sistem antena dalam mode transmisi Gambar 1 direpresentasikan oleh ekuivalen Thevenin seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, di mana sumber direpresentasikan oleh generator sinyal ideal, saluran transmisi direpresentasikan oleh saluran dengan impedansi karakteristik Zc, dan antena direpresentasikan oleh beban ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. Resistansi beban RL merepresentasikan konduksi dan kerugian dielektrik yang terkait dengan struktur antena, sedangkan Rr merepresentasikan resistansi radiasi antena, dan reaktansi XA digunakan untuk merepresentasikan bagian imajiner dari impedansi yang terkait dengan radiasi antena. Dalam kondisi ideal, semua energi yang dihasilkan oleh sumber sinyal harus ditransfer ke resistansi radiasi Rr, yang digunakan untuk merepresentasikan kemampuan radiasi antena. Namun, dalam aplikasi praktis, ada kerugian konduktor-dielektrik karena karakteristik saluran transmisi dan antena, serta kerugian yang disebabkan oleh refleksi (ketidaksesuaian) antara saluran transmisi dan antena. Dengan mempertimbangkan impedansi internal sumber dan mengabaikan kerugian saluran transmisi dan refleksi (ketidaksesuaian), daya maksimum diberikan ke antena di bawah pencocokan konjugat.

Gambar 2

Karena ketidaksesuaian antara saluran transmisi dan antena, gelombang pantulan dari antarmuka ditumpangkan dengan gelombang datang dari sumber ke antena untuk membentuk gelombang berdiri, yang merupakan pemusatan dan penyimpanan energi dan merupakan perangkat resonansi yang umum. Pola gelombang berdiri yang umum ditunjukkan oleh garis putus-putus pada Gambar 2. Jika sistem antena tidak dirancang dengan benar, saluran transmisi dapat bertindak sebagai elemen penyimpanan energi dalam skala besar, alih-alih sebagai pemandu gelombang dan perangkat transmisi energi.
Kerugian yang disebabkan oleh saluran transmisi, antena, dan gelombang berdiri tidak diinginkan. Kerugian saluran dapat diminimalkan dengan memilih saluran transmisi dengan kerugian rendah, sementara kerugian antena dapat dikurangi dengan mengurangi resistansi kerugian yang direpresentasikan oleh RL pada Gambar 2. Gelombang berdiri dapat dikurangi dan penyimpanan energi dalam saluran dapat diminimalkan dengan mencocokkan impedansi antena (beban) dengan impedansi karakteristik saluran.
Dalam sistem nirkabel, selain menerima atau mentransmisikan energi, antena biasanya diperlukan untuk meningkatkan energi yang terpancar ke arah tertentu dan menekan energi yang terpancar ke arah lain. Oleh karena itu, selain sebagai perangkat deteksi, antena juga harus digunakan sebagai perangkat pengarah. Antena dapat berupa berbagai bentuk untuk memenuhi kebutuhan tertentu. Antena dapat berupa kabel, aperture, patch, rakitan elemen (array), reflektor, lensa, dll.

Dalam sistem komunikasi nirkabel, antena merupakan salah satu komponen yang paling penting. Desain antena yang baik dapat mengurangi kebutuhan sistem dan meningkatkan kinerja sistem secara keseluruhan. Contoh klasiknya adalah televisi, di mana penerimaan siaran dapat ditingkatkan dengan menggunakan antena berkinerja tinggi. Antena bagi sistem komunikasi ibarat mata bagi manusia.

2. Klasifikasi Antena
1. Antena Kawat
Antena kawat merupakan salah satu jenis antena yang paling umum karena dapat ditemukan hampir di mana-mana - mobil, gedung, kapal, pesawat terbang, wahana antariksa, dll. Antena kawat memiliki berbagai bentuk, seperti garis lurus (dipole), loop, spiral, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Antena loop tidak hanya harus berbentuk lingkaran. Antena ini dapat berbentuk persegi panjang, persegi, oval, atau bentuk lainnya. Antena melingkar merupakan antena yang paling umum karena strukturnya yang sederhana.

Gambar 3

2. Antena Bukaan
Antena aperture memainkan peran yang lebih besar karena meningkatnya permintaan akan bentuk antena yang lebih kompleks dan pemanfaatan frekuensi yang lebih tinggi. Beberapa bentuk antena aperture (antena berbentuk piramida, kerucut, dan persegi panjang) ditunjukkan pada Gambar 4. Jenis antena ini sangat berguna untuk aplikasi pesawat terbang dan wahana antariksa karena dapat dipasang dengan sangat mudah pada cangkang luar pesawat terbang atau wahana antariksa. Selain itu, antena ini dapat dilapisi dengan lapisan bahan dielektrik untuk melindunginya dari lingkungan yang keras.

Gambar 4

3. Antena mikrostrip
Antena mikrostrip menjadi sangat populer pada tahun 1970-an, terutama untuk aplikasi satelit. Antena terdiri dari substrat dielektrik dan patch logam. Patch logam dapat memiliki berbagai bentuk, dan antena patch persegi panjang yang ditunjukkan pada Gambar 5 adalah yang paling umum. Antena mikrostrip memiliki profil rendah, cocok untuk permukaan planar dan non-planar, sederhana dan murah untuk diproduksi, memiliki kekokohan tinggi saat dipasang pada permukaan yang kaku, dan kompatibel dengan desain MMIC. Antena ini dapat dipasang pada permukaan pesawat terbang, pesawat ruang angkasa, satelit, rudal, mobil, dan bahkan perangkat seluler dan dapat dirancang secara konformal.

Gambar 5

4. Antena Susunan
Karakteristik radiasi yang dibutuhkan oleh banyak aplikasi mungkin tidak dapat dicapai oleh satu elemen antena. Rangkaian antena dapat membuat radiasi dari elemen-elemen tersebut disintesis untuk menghasilkan radiasi maksimum dalam satu atau beberapa arah tertentu, contoh tipikal ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6

5. Antena Reflektor
Keberhasilan eksplorasi ruang angkasa juga telah menyebabkan perkembangan pesat teori antena. Karena kebutuhan komunikasi jarak sangat jauh, antena dengan penguatan sangat tinggi harus digunakan untuk mengirim dan menerima sinyal dari jarak jutaan mil. Dalam aplikasi ini, bentuk antena yang umum adalah antena parabola yang ditunjukkan pada Gambar 7. Jenis antena ini memiliki diameter 305 meter atau lebih, dan ukuran sebesar itu diperlukan untuk mencapai penguatan tinggi yang diperlukan untuk mengirim atau menerima sinyal dari jarak jutaan mil. Bentuk reflektor lainnya adalah reflektor sudut, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7 (c).

Gambar 7

6. Antena Lensa
Lensa terutama digunakan untuk mengkolimasi energi yang tersebar dan mencegahnya menyebar ke arah radiasi yang tidak diinginkan. Dengan mengubah geometri lensa secara tepat dan memilih material yang tepat, lensa dapat mengubah berbagai bentuk energi divergen menjadi gelombang bidang. Lensa dapat digunakan dalam sebagian besar aplikasi seperti antena reflektor parabola, terutama pada frekuensi yang lebih tinggi, dan ukuran serta beratnya menjadi sangat besar pada frekuensi yang lebih rendah. Antena lensa diklasifikasikan menurut material konstruksi atau bentuk geometrisnya, beberapa di antaranya ditunjukkan pada Gambar 8.