Pert 4 Antenna dan Propagasi

  

Antenna dan

Propagasi

Materi

  Konsep Dasar Antenna Jenis-Jenis Antenna Model Propagasi Gangguan pada Transmisi Nirkabel Konsep Dasar Antenna

Pengertian Antenna

  Antena adalah konduktor elektrik yang berfungsi untuk :

   Transmisi (Transmission) : Meradiasikan energi elektromagnetik ke ruang bebas/space

   Penerimaan (Reception) : Mengumpulkan/menerima energi elektromagnetik dari ruang bebas/space

  Pada komunikasi dua arah, antena yang sama dapat digunakan untuk transmission dan reception

Pola Radiasi Antena

  Pola radiasi antenna dapat digambarkan dengan sebuah grafk Grafk menggambarkan kecenderungan radiasi antena pada arah/tempat tertentu Pola Radiasi Antena (2)

Beam width (or half-power beam width)

   Measure of directivity of antenna Jenis-Jenis Antenna

Jenis Antena

  Secara garis besar, antena dapat dibagi jadi dua jenis berdasarkan arah radiasi

   Omnidirectional : radiasi ke segala arah

   Directional : radiasi ke arah tertentu Isotropic Antena

  Jenis antena pada kondisi ideal

   Pada kasus nyata, kondisi ini hampir tidak pernah terjadi

  Radiasinya ke segala arah dengan merata Antena Dipole

Antena sederhana yang disusun dari dua batang/lempeng

bahan konduktor _ Dua jenis dipole _{Half-wave dipole antenna (or Hertz antenna) Quarter-wave vertical antenna (or Marconi antenna)}

   Aplikasi : antena radio mobil

Antena Monopole

  Antena sederhana yang disusun dari satu batang/lempeng bahan konduktor Aplikasi : Antena pemancar radio, access point wif

Antena Yagi

  Antena directional yang disusun dari rangkaian elemen dipole sebagai driven element dan satu refektor Aplikasi : antena TV UHF, antenna radio komunitas

Antena Parabolic

  Antena directional dengan memanfaatkan refektor berbentuk parabolik

Aplikasi : terrestrial microwave dan komunikasi satelit Antenna Gain Keluaran power, pada arah tertentu, dibandingkan dengan keluaran yang

dihasilkan ke semua arah pada kondisi ideal

(antena isotropic)

  2

  4 A 4 f A

 

e e

  G  

  2

  2 c

  

• G = antenna gain
• A = effective area, berhubungan dengan ukuran dan bentuk fisik antena _e
• f = carrier frequency
8<>c = speed of light (» 3 ´ 10 m/s)
•  = carrier wavelength

Index Effective Area

  Contoh

  Diketahui sebuah antena refektif parabolik dengan diamater 2m. Beroperasi pada frekuensi 12 Ghz. Berapa area efektif dan antenna gain-nya? Jawab ²

   A = πr = π

   A = 0.56 π _e ^{8 9}

   λ = c/f = (3x10 )/(12x10 ) = 0.025m ²

   G = (4π x 0.56π) / (0.025) = 35336,8064

   G = 10 log (G) = 45,482 dB _dB Model Propagasi

Model Propagasi

  Ground-wave propagation Sky-wave propagation Line-of-sight propagation

Ground Wave Propagation

  Propagasi mengikuti kontur bumi Sinyal dapat dipropagasikan untuk jarak yang jauh Untuk frekuensi di bawah 2 MHz Contoh

   AM radio

  Ground Wave Propagation

  Sky Wave Propagation Sinyal dipantulkan dari lapisan terionisasi pada atmosfer ke bumi Sinyal dapat berjalan melewati beberapa hop, memantul antara ionosfer dan permukaan bumi

Efek pemantulan diakibatkan oleh refraction

Examples

   Amateur radio

   CB radio

  Sky Wave Propagation

  Line-of-Sight Propagation Antena transmitter dan receiver harus berada pada posisi Line of Sight (LOS)

   Komunikasi satelit– sinyal di atas 30 MHz tidak dipantulkan oleh ionosphere

   Komunikasi pada ground – antar antena pada effective line of site karena refraction

  Refraction – pembelokan microwaves oleh atmosphere

  

Kecepatan gelombang electromagnetic adalah

fungsi kepadatan medium medium

   Kecepatan 3x10 ⁸ adalah kecepatan cahaya pada ruang hampa

   Ketika gelombang berpindah medium, kecepatan berubah

  

Gelombang dibelokkan pada batas antara dua

  Line-of-Sight Propagation

Rumus Line-of-Sight

  Optical line of sight

  d 3 .

57 h



  Efective, or radio, line of sight

  d

3 . h

 57 

• d = distance between antenna and horizon (km)
• h = antenna height (m)
• K = adjustment factor to account for refraction, rule of thumb K = 4/3

Line-of-Sight Equations

  Maximum distance between two antennas for LOS propagation:

  

  2

  

1

57 .

  3 h h

    

• h
₁ = height of antenn
• h
₂ = height of antenna two  Contoh Berapa jarak maksimum antara dua antena dalam transmisi LOS jika antena transmitter tingginya 100m dan antena receiver pada ground level? d _{ 57 } 3 . h

   = 3.57 x sqrt(133) = 41km Jika antena receiver tingginya 10m, untuk

mencapai jarak maksimum yang sama, berapa

tinggi antena transmitter seharusnya? 3 . 57 h h

    41 = 3.57(sqrt(Kh ) + sqrt(13.33)) ₁

  = d    _{1 2}  

   h = 46.2m ₁ Gangguan pada Transmisi LOS

Gangguan pada Transmisi LOS

  

Attenuation and attenuation distortion Free space loss Noise Atmospheric absorption Multipath Refraction Thermal noise Attenuation / Pelemahan Kekuatan sinyal cenderung menurun seiring bertambahnya jarak antara transmitter dan receiver Faktor pelemahan pada unguided media:

   Sinyal yang diterima harus mempunyai kekuatan

yang cukup agar dapat diinterpretasi oleh receiver

  

Kekuatan sinyal harus lebih tinggi dari noise untuk

meningkatkan rasio SNR

   Efek pelemahan lebih besar seiring dengan besarnya frekuensi yang dipakai

Salah satu jenis attenuation adalah Free Space Free Space Loss pada Antena Isotropic

Pelemahan sinyal seiring dengan jarak pada

transmisi LOS Free space loss, ideal isotropic antenna

  2

  2 P 4 d 4 fd   t    

   

  2

  2 P c

   r

  = signal power at transmitting antenna

• P t = signal power at receiving antenna
• P r
•  = carrier wavelength
• d = propagation distance between antennas
• c = speed of light (» 3 ´ 10 8 m/s)
Free Space Loss (Decibel)

  Free space loss equation can be recast:

    



  





 

    d P

  P L _r ^t _dB 4 log

  20 log

  10     dB 98 . 21 log 20 log

  20     d

       dB 147 56 . log

  20 log

  20

  4 log

  20    

        d f c fd

   Free Space Loss pada Antena Lain

  Free space loss accounting for gain of other antennas

  2

  2

  2

  2 P 4 d d cd   t

            

  2

  2 P G G A A f A A  r r t r t r t

  = gain of transmitting antenna

• G t
• G = gain of receiving antenna _r = effective area of transmitting antenna
• A _t = effective area of receiving antenna
• A _r
Free Space Loss pada Antena Lain (Decibel)

  Free space loss accounting for gain of other antennas can be recast as

        r t dB A A d L log 10 log

  20 log

  20           dB 169 54 . log

  10 log 20 log

  20      _{r t}

  A A d f Jenis-Jenis Noise

  Noise internal

   Thermal Noise

  Noise Eksternal (Interferensi)

   Intermodulation noise

   Crosstalk

   Impulse Noise Thermal Noise

  Jenis noise yang diakibatkan oleh perubahan suhu perangkat

   Perubahan suhu diakibatkan oleh aktiftas elektron

  Ada pada semua perangkat elektronik dan semua jenis transmisi Tidak bisa dihilangkan Signifkan pada komunikasi satelit Thermal Noise

    W/Hz k T

  Amount of thermal noise to be found in a bandwidth of 1Hz in any device or conductor is:

  N 

• N = noise power density in watts per 1 Hz of bandwidth
• k = Boltzmann's constant = 1.3803 ´ 10 ^-23
• T = temperature, in kelvins (absolute temperature)
Thermal Noise

  Thermal noise independen terhadap frekuensi Thermal noise pada bandwidth B Hertz (in watts):

  

N k TB



  N 10 log k 10 log T 10 log B    or, in decibel-watts 228 . 6 dBW 10 log T 10 log B

  

    Terminologi Noise Intermodulation noise – terjadi jika sinyal dengan frekuensi berbeda dilewatkan medium yang sama

   interference

Crosstalk noise – terjadi jika sinyal dengan

frekuensi yang sama saling ber-interferensi

  Disebut juga sebagai adjacent channel

   Disebut juga co-channel interference Impulse noise – irregular pulses

   Diakibatkan gangguan elektromagnetik 

  Durasi pendek

Expression E /N

  b

  Ratio of signal energy per bit to noise power density per Hertz

  E S / R S _b

 

  

N N k TR

  The bit error rate for digital data is a function of E /N _b

   Given a value for E /N to achieve a desired error rate, _b parameters of this formula can be selected

   As bit rate R increases, transmitted signal power must increase to maintain required E /N _b

Gangguan Lain

  Atmospheric absorption – penguapan air dan oksigen berperan pada attenuation/pelemahan Multipath – sinyal dipantulkan oleh benda sehingga beberapa copy dari sinyal dengan delay berbeda diterima oleh receiver Refraction – pembelokan gelombang radio ketika melewati atmosfer

  Multipath Propagation

  Multipath Propagation Refeection/Pemantulan - terjadi ketika

  sinyal mengenai penampang yang lebih besar dari panjang gelombang

  Difraection/Penguraian - terjadi pada

  tepi sebuah benda tak tembus yang lebih besar dari panjang gelombang

  Secattering/Penghamburan – terjadi

  ketika sinyal mengenai benda yang ukurannya seukuran panjang gelombang Efek Multipath Propagation

  Multiple copy dari sebuah sinyal dapat diterima dengan fase yang berbeda

   melemah

  Jika fase yang datang destruktif, maka sinyal cenderung

  Intersymbol interference (ISI)

   saat sinyal saat ini diterima

  Satu atau lebih sinyal tertunda diterima bersamaan pada Fading Fading  fuktuasi dari pelemahan sinyal yang mempengaruhi kekuatan sinyal saat diterima pada penerima Fading terjadi karena interferensi atau

superposisi gelombang multipath yang memiliki

amplitudo dan fasa yang berbeda-beda Jenis fading:

   Fast fading

   Slow fading

   Flat fading

   Selective fading

Jenis Fading

  Fast Fading  perubahan amplitudo yang cepat ketika mobile terminal bergerak dalam jarak pendek. Hal ini terjadi karena refeksi dari objek lokal dan pergerakan user dari objek.

  

Slow Fading  terjadi karena refeksi dan difraksi

objek yang besar sepanjang jalur transmisi.

  Dalam jarak jauh terjadi perubahan secara perlahan dari panjang gelombang

Jenis Fading (lanj.)

  Flat Fading  seluruh komponen frekuensi sinyal yang diterima berfuktuasi dalam proporsi yang sama secara bersamaan Selective Fading  channel gain bisa bervariasi untuk frekuensi yang berbeda.

  Menyebabkan pola cloudy yang tampil di spektogram Distribusi Fading

  Rayleigh Fading

   Terjadi ketika ada beberapa jalur tidak langsung antara transmitter dan receiver serta jalur dominan yang berbeda, seperti jalur Line of Sight

   Worst case

   Outdoor setting

  Rician Fading

  

Terjadi ketika ada jalan langsung Line of Sight selain

sejumlah multipath signal yang tidak langsung

   Best case

   Indoor setting Mekanisme Kompensasi Error

Mekanisme Kompensasi Error

  Forward error correction Adaptive equalization Diversity techniques Forward Error Correction

Transmitter menambahkan error-correcting

code pada data block

   Code is a function of the data bits Receiver melakukan penghitungan error-

correcting code dari data bits yang diterima

   Jika code yang dihitung sesuai, berrati tidak ada error

   Jika error correcting code tidak sesuai, receiver menetukan bit yang error dan melakukan recovery Adaptive Equalization

  Can be applied to transmissions that carry analog or digital information

   Digital data, digitized voice or video

  Analog voice or video

   Used to combat intersymbol interference Involves gathering dispersed symbol energy back into its original time interval Techniques

   Lumped analog circuits Sophisticated digital signal processing

   algorithms

Diversity Techniques

  Diversity is based on the fact that individual channels experience independent fading events Space diversity – techniques involving physical transmission path Frequency diversity – techniques where the signal is spread out over a larger frequency bandwidth or carried on multiple frequency carriers Time diversity – techniques aimed at spreading the data out over time Terima Kasih