Berita - Pengenalan dan klasifikasi beberapa antena umum

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

Gambar 1 Jalur transmisi energi elektromagnetik (sumber-saluran 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 rugi-rugi konduksi dan dielektrik yang terkait dengan struktur antena, sementara 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 kapabilitas radiasi antena. Namun, dalam aplikasi praktis, terdapat rugi-rugi konduktor-dielektrik akibat karakteristik saluran transmisi dan antena, serta rugi-rugi yang disebabkan oleh refleksi (ketidaksesuaian) antara saluran transmisi dan antena. Dengan mempertimbangkan impedansi internal sumber dan mengabaikan saluran transmisi serta kerugian refleksi (ketidaksesuaian), daya maksimum diberikan ke antena di bawah pencocokan konjugat.

Gambar 2

Akibat ketidaksesuaian antara saluran transmisi dan antena, gelombang pantul dari antarmuka tumpang tindih dengan gelombang datang dari sumber ke antena, membentuk gelombang stasioner. Gelombang stasioner ini merepresentasikan konsentrasi dan penyimpanan energi, dan merupakan perangkat resonansi yang umum. Pola gelombang stasioner yang umum ditunjukkan oleh garis putus-putus pada Gambar 2. Jika sistem antena tidak dirancang dengan baik, saluran transmisi dapat bertindak sebagai elemen penyimpan energi dalam skala besar, alih-alih sebagai pemandu gelombang dan perangkat transmisi energi.
Rugi-rugi yang disebabkan oleh saluran transmisi, antena, dan gelombang stasioner tidak diinginkan. Rugi-rugi saluran dapat diminimalkan dengan memilih saluran transmisi dengan rugi-rugi rendah, sementara rugi-rugi antena dapat dikurangi dengan mengurangi resistansi rugi-rugi yang direpresentasikan oleh RL pada Gambar 2. Gelombang stasioner 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 memperkuat energi radiasi ke arah tertentu dan meredam energi radiasi ke arah lain. Oleh karena itu, selain sebagai perangkat deteksi, antena juga harus digunakan sebagai perangkat pengarah. Antena dapat hadir dalam berbagai bentuk untuk memenuhi kebutuhan spesifik. Bentuknya bisa berupa kabel, apertur, patch, rakitan elemen (array), reflektor, lensa, dan sebagainya.

Dalam sistem komunikasi nirkabel, antena merupakan salah satu komponen terpenting. 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 adalah salah satu jenis antena yang paling umum karena dapat ditemukan hampir di mana-mana - mobil, gedung, kapal, pesawat terbang, pesawat ruang angkasa, dll. Ada berbagai bentuk antena kawat, seperti garis lurus (dipol), loop, spiral, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Antena loop tidak hanya perlu berbentuk lingkaran. Bentuknya pun bisa persegi panjang, persegi, oval, atau bentuk lainnya. Antena melingkar adalah 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 piramidal, kerucut, dan persegi panjang) ditunjukkan pada Gambar 4. Jenis antena ini sangat berguna untuk aplikasi pesawat terbang dan pesawat ruang angkasa karena dapat dipasang dengan sangat mudah pada cangkang luar pesawat atau pesawat ruang angkasa. Selain itu, antena ini dapat dilapisi dengan 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 ini terdiri dari substrat dielektrik dan patch logam. Patch logam ini 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 ketahanan tinggi ketika 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 Array
Karakteristik radiasi yang dibutuhkan oleh banyak aplikasi mungkin tidak dapat dicapai hanya dengan satu elemen antena. Rangkaian antena dapat memanfaatkan radiasi dari elemen-elemen yang 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 mendorong perkembangan pesat teori antena. Karena kebutuhan komunikasi jarak sangat jauh, antena dengan penguatan yang sangat tinggi harus digunakan untuk mengirimkan dan menerima sinyal hingga jarak jutaan mil. Dalam aplikasi ini, bentuk antena yang umum adalah antena parabola seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Jenis antena ini memiliki diameter 305 meter atau lebih, dan ukuran sebesar itu diperlukan untuk mencapai penguatan tinggi yang dibutuhkan untuk mengirimkan atau menerima sinyal hingga 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 hamburan yang datang agar tidak 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 di 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 berdasarkan material konstruksi atau bentuk geometrisnya, beberapa di antaranya ditunjukkan pada Gambar 8.