IMPEDANSI SENDIRI ANTENA LINEAR TIPIS

BAB I

PENDAHULUAN

Impedansi dapat didefinisikan sebagai karakteristik listrik yang menjadi penghambat suatu daya listrik. Impedansi dipengaruhi oleh frekuensi sehingga sifatnya berubah-ubah. Satuannya adalah ohm. Istilah impedansisering kita temui dalam perangkat-perangkat audio seperti speaker, earphone, dan lain-lain. Jika impedansi bersifat menghambat daya, apakah impedansi tetap diperlukan pada perangkat-perangkat tersebut.

 Impedansi memang bersifat menghamat, akan tetapi ini membuat amplifier/receiver harus bekerja ekstra untuk menghasilkan tegangan yang diinginkan. Sebaiknya, impedansi pada perangkat lebih baik berukuran kecil sehingga akan makin banyak daya yang dialirkan sehingga suara yang dihasilkan juga semakin bagus. Akan tetapi, jika impedansi terlalu kecil, maka tegangan yang dihasilkan akan semakin besar (sesuai hokum Kirchoff) dan hal ini akan dapat membuat perangkat audio mejadi rusak

Impedansi pada dasarnya adalah gabungan dari segala jenis hambatan pada sinyal langsung dari sebuah aliran listrk, seperti resistansi, reaktansi, capasitansi dan seluruh factor mekanikal yang menimbulkan hambatan dari transfer energy dalam sebuah system Impedansi adalah hambatan pada arus AC dan resistansi merupakan hambatan untuk arus DC. Lambang impedansi adalah Z sedangkan resistansi dilambangkan oleh R. Akan tetapi, satuan keduanya adalah OHM.

Ukuran impedansi speaker bermacam-macam mulai dari 2ohm, 4 ohm, 6ohm dan 8 ohm. Sebuah amplifier solid state biasanya dirancang untuk dapat menahan impedansi sampai 8 ohm, mulai dari 4 ohm. Berbeda dengan amplifier tabung yang hanya bisa menahan impedansi sesuai dengan sesifikasinya.

antena adalah "transformator struktur transmisi antara gelombang terbimbing (saluran transmisi) dengan gelombang ruang bebas atau sebaliknya. Sekarang antena adalah salah satu elemen penting yang harus ada pada sebuah teleskop radio, TV, radar, dan semua alat komunikasi lainnya yang menggunakan sinyal". Sebuah antena adalah bagian vital dari suatu pemancar atau penerima yang berfungsi untuk menyalurkan sinyal radio ke udara.Bentuk antena bermacam macam sesuai dengan desain, pola penyebaran dan frekuensi dan gain. Panjang antenna secara efektif adalah panjang gelombang frekuensi radio yang dipancarkannya. Antenna setengah gelombang adalah sangat poluler karena mudah dibuat dan mampu memancarkan gelombang radio secara efektif.

BAB II

MATERI DAN PEMBAHASAN

Impedansi listrik, atau lebih sering disebut impedansi, menjelaskan ukuran penolakan terhadap arus bolak-balik sinusoid. Impedansi listrik memperluas konsep resistansi listrik ke sirkuit AC, menjelaskan tidak hanya amplitudo relatif dari tegangan dan arus, tetapi juga fase relatif. Impedansi adalah kuantitas kompleks yang dinotasikan dengan dan istilah impedansi kompleks mungkin dapat dipertukarkan. Bentuk kutub secara praktis menunjukkan baik karakteristik magnitudo dan fase

dimana magnitudo  menunjukkan perbandingan amplitudo perbedaan tegangan terhadap amplitudo arus,  memberikan perbedaan fase antara tegangan dan arus, sedangkan  adalah bilangan imajiner.

Dalam koordinat Kartesius,

dimana bagian nyata dari impedansi adalah resistansi  dan bagian imajiner adalah reaktansi . Secara dimensi, impedansi sama dengan resistansi; dan satuan SI adalah ohm. Istilah impedansi digunakan pertama kaki oleh Oliver Heaviside pada Juli 1886.^[1][2] Arthur Kennelly adalah yang pertama kali menunjukkan impedansi dengan bilangan kompleks pada 1893^[3]. Kebalikan dari impedansi adalah admitansi.

Antena (antenna atau areal) adalah perangkat yang berfungsi untuk memindahkan energi gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya dari udara ke media kabel. Karena merupakan perangkat perantara antara media kabel dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match) dengan media kabel pencatunya. Prinsip ini telah diterangkan dalam saluran transmisi.

            Dalam perancangan suatu antena, baberapa hal yang harus diperhatikan adalah :

-         bentuk dan arah radiasi yang diinginkan

-         polarisasi yang dimiliki

-         frekuensi kerja,

-         lebar band (bandwidth), dan

-         impedansi input yang dimiliki.

            Untuk antena yang bekerja pada band VLF, LF, HF, VHF dan UHF bawah, jenis antena kawat (wire antenna) dalam prakteknya sering digunakan, seperti halnya antena dipole 1/2l, antena monopole dengan ground plane, antena loop, antena Yagi-Uda array, antena log periodik dan sebagainya. Antena-antena jenis ini, dimensi fisiknya disesuaikan dengan panjang gelombang dimana sistem bekerja. Semakin tinggi frekuensi kerja, maka semakin pendek panjang gelombangnya, sehingga semakin pendek panjang fisik suatu antena.

            Untuk antena gelombang mikro (microwave), terutama SHF ke atas, penggunaan antena luasan (aperture antena) seperti antena horn, antena parabola, akan lebih efektif dibanding dengan antena kawat pada umumnya. Karena antena yang demikian mempunyai sifat pengarahan yang baik untuk memancarkan gelombang elektromagnetik..

IMPEDANSI SENDIRI ANTENA LINEAR TIPIS

Impedansi tidak semata-mata hambatan. Dia adalah gabungan hasil reaksi

hambatan (R, resistensi) dan kapasitas elektron (C, capacitance). Maka, dalam bahasa di literatur elektronika Indonesia lama (tua, sekitar era '80 an), impedansi ini pernah coba di-Indonesianisasi sebagai: REAKTANSI. Mungkin hendak menunjukkan impedansi sebagai hasil reaksi hambatan dan kapasitansi secara bersamaan.

Ambil contoh speaker. bagaimana mengukur impedansi speaker,  Dengan alat pengukur hambatan, Dengan OHM-meter, Dijamin salah Karena 8 ohm pada sebuah speaker (misalnya) bukanlah hambatan sebesar 8 ohm. Tetapi impedansi sebesar 8 ohm. Jadi satuannya sama, tapi merujuk kepada hal yg berbeda.

Impedansi bisa dilihat sebagai reaksi, dengan contoh sbb:

 Anda menghubungkan sebuah efek gitar ke ampli. Sampai Volume-nya penuh, suaranya tetap rendah Ini bisa terjadi karena impedansinya tidak maksimal. Ada efek gitar dengan impedansi output 10 k Ohm. Artinya output efek gitar ini akan memberikan beban sebesar 10 k Ohm. Efek ini dicolok ke sebuah ampli yang INPUTNYA sanggup menampung beban s/d 100 k Ohm artinya impedansi inputnya 100 kOhm. Apa yg terjadi, yang terjadi adalah Suara normal Karena ampli hanya diberikan beban impedansi di bawah kemampuannya.

            Untuk tiap antenna , Impedansinya terdiri dari Resistansi ( R ) dan Reaktansi ( X ). Nah nilai X nya inilah yang paling sering menjadikan masalahnya jadi kompleks. X itu bentuknya bisa Induktif ( memiliki sifat mirip dgn komparan/coil meski sebuah dipole nggak ada/nggak dipasangi coil , tapi misalnya ukurannya kependekan dibanding ukuran panjang yg seharusnya ) tapi juga bisa kapasitif ( sifatnya seperti kapasitor , meskipun tidak ada kapasitor yg kita solderkan disitu , tapi sifat "seakan capasitor" itu bisa muncul kalau dipole kepanjangan. Atau bisa juga karena jarak antara 2 batang elementnya -dipole khan bisa juga berbentuk lengkungan gepeng melingkar yg disebut folded dipole - yg mempengaruhi ). Nah pengertian "kalau dia kapasitif" itu contohnya macam-macam. salah satu diantaranya adalah dipole kependekan atau bisa juga antenna vertical yg kependekan , dengan menambahkan coil pada antenna vertical yang pendek/kependekan , maka itulah langkah untuk mematchingkan antenna , atau bisa juga dengan menambahkan panjangnya. Sebaliknya kalau antenna kepanjangan , kita bisa menambahkan capacitive hat untuk membuatnya makin mendekati match. Contoh lain lagi adalah dengan memasang gamma match. gamma match itu kan ada bagian yg bisa digeser geser panjangnya dan ada juga variable kapasitornya. bagian yg di geser itu adalah untuk "mengejar" atau menaik turunkan nilai induktivenya , sedang variable kapasitornya itu yang untuk menyetel nilai kapasitifnya. Lalu bagaimana kita bisa mengetahui sebuah antenna itu nilai R nya berapa dan nilai X nya berapa ( serta sekalian X nya itu induktif atau kapasitif ) , itu bisa diukur dengan alat ukur Antenna Bridge atau disebut juga Antenna Impedance Bridge. Kalau kita sudah tahu nilai R nya dan tahu nilai X nya , maka kita akan tahu Impedance totalnya , lengkap dengan "arahnya" kemana. Induktif atau kapasitif. 

Impedansi Masukan Dan Penyesuai Impedansi

Perencanaan impedansi masukan untuk elemen peradiasi dapat dihitung dengan persamaan :

                                                  

 

Dari perhitungan diatas didapat bahwa impedansi elemen peradiasi sebesar 273.09 Ω. Sedangkan untuk penyesuai impedansi antena ini didapat dari persamaan :

           

           

Impedansi pakan dari antena dipol adalah penting. Untuk memastikan transfer yang optimal energi dari pengumpan, atau sumber / beban, impedansi umpan dari dipol harus sama seperti yang dari sumber atau beban.

Dengan mencocokkan impedansi umpan dari dipol ke sumber atau beban, antena mampu beroperasi untuk efisiensi maksimum.

Impedansi Pakan Dasar-Dasar Dipole

Impedansi umpan dipol ditentukan oleh rasio dari tegangan dan arus pada titik pakan. Sebuah perhitungan sederhana Ohm Hukum akan memungkinkan impedansi yang akan ditentukan.

Meskipun dipol dapat diberi makan pada titik tertentu, itu biasanya makan di arus maksimum dan titik minimum tegangan. Hal ini memberikan impedansi rendah yang biasanya lebih mudah dikelola.

Dipol yang paling cenderung kelipatan panjang gelombang setengah panjang. Oleh karena itu mungkin untuk memberi makan dipol di salah satu dari tegangan minimum atau titik maksimum saat ini yang terjadi pada saat itu adalah seperempat panjang gelombang dari akhir, dan kemudian pada interval setengah panjang gelombang.

Tiga setengah panjang gelombang gelombang antena dipol menampilkan pakan titik 
poin λ / 4 dari kedua ujung juga bisa digunakan

Sebagian besar antena dipole setengah panjang gelombang panjang. Karena itu mereka tengah makan - titik maksimum minimum dan tegangan saat ini.

Gelombang dasar antena dipole setengah dengan titik pusat pakan

Impedansi pakan dipol terdiri dari dua unsur:

·                     Rugi perlawanan:   Hasil resistensi kerugian dari kerugian resistif atau ohmik dalam elemen radiasi, yaitu dipol. Dalam banyak kasus perlawanan kehilangan dipol diabaikan karena mungkin rendah. Untuk memastikan bahwa itu adalah rendah, kabel cukup tebal atau pipa harus digunakan, dan logam harus memiliki resistansi rendah.

·                     Resistensi Radiasi:   Hambatan radiasi adalah unsur dari impedansi antena dipol yang dihasilkan dari kekuatan yang "hilang" sebagai gelombang elektromagnetik. Tujuan dari setiap antena adalah untuk "mengusir" kekuatan sebanyak dengan cara ini mungkin.

Seperti halnya antena RF, impedansi pakan dari antena dipol tergantung pada berbagai faktor termasuk panjang, posisi pakan, lingkungan dan sejenisnya. Gelombang setengah pusat antena dipol makan di ruang bebas memiliki 73,13 ohm impedansi sehingga ideal untuk memberi makan dengan 75 ohm pengumpan.

Faktor-Faktor Yang Mengubah Impedansi Umpan Dipol

Impedansi umpan dipol dapat diubah oleh berbagai faktor, jarak objek lain yang memiliki efek yang ditandai. Tanah memiliki efek besar. Jika antena dipol membentuk elemen memancar untuk bentuk yang lebih rumit dari RF antena, maka elemen antena RF akan berpengaruh.Seringkali efeknya untuk menurunkan impedansi, dan bila digunakan dalam beberapa antena impedansi umpan dari elemen dipol bisa jatuh ke sepuluh ohm atau kurang, dan metode harus digunakan untuk memastikan cocok dipertahankan dengan feeder.

Impedansi Antena Impedansi yang cocok akan menghasilkan pemindahan daya yang maksimum. Antena juga berfungsi sebagai matching load-nya transmitter
(50 Ohms) Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) adalah satuan yang menunjukan sampai dimana antena sesuai (match) dengan jalur transmisi yang dikirimnya. VSWR adalah rasio dari tegangan yang keluar dari antena dengan tegangan pantulan. Kesesuaian didapatkan jika nilai VSWR menjadi sekecil mungkin, nilai 1,5:1 pada pita frekwensi yang dipakai merupakan batasan maksimum.

Pada sejumlah kasus antenna atau beban lainnya , besar dan “kombinasi” ( berapa nilai bagian “real / resistivenya dan berapa bagian “imajiner” / reactive -baik capacitive maupun inductive- nya ) impedansinya tidak ketahuan. jika impedansi tersebut tidak matched terhadap line/coax maka line akan “memodifikasi” impedansi tsb. sehingga pemancar akan melihatnya sebagai nilai impedansi lain yang berbeda ( pemancar akan melihat secara salah , sehingga jika terjadi kasus semacam ini maka nilai yang akan ditunjukkan oleh swr meter juga angka yang salah / “menipu” kita ). Salah satu cara yang umum dipakai untuk mengatasi masalah semacam ini adalah dengan melakukan pengukuran jenis lain, yaitu pengukuran yang mampu melihat “impedansi kombinasi” itu ( mengetahui bahwa impedansi yang terukur atau terlihat salah oleh pemancar pada kasus semacam itu sebenarnya BUKANLAH impedansi antenna melainkan GABUNGAN antara impedansi antenna dan impedansi line secara total ).

Alat yang mampu mengukur impedansi kombinasi dari titik diujung line disisi pemancar adalah alat ukur IMPEDANCE BRIDGE. Setelah Impedance Bridge menemukan impedansi “gabungan”/ kombinasi tersebut , maka kembali menjadi ( salah satu ) tugas / fungsi dari Tabel Smith ( Smith Chart ) yang kompleks itulah yang akan menunjukkan kepada kita hasil “uraian”nya , berapa nilai impedansi antennanya dan berapa nilai impedansi total coaxnya alias seberapa “parah” modifikasi nilai atau “pemalsuan” yang terjadi jika ( pada kasus ini ) dipakai kabel coax RG-11/U dengan Foam Dielectric , memiliki impedansi karakteristik 75 ohm , Velocity Factornya 0.8 , panjangnya 50 ft. serta dioperasikan pada frekuensi pancaran 72 MHz. Referensi gambar 13-37 ( tidak ditampilkan disini ).

Seperti sudah dinyatakan diatas , pada contoh ini beban/load nya adalah sebuah antenna yang belum diketahui nilai impedansi aktualnya. Jika pengukuran yang dilakukan pada kabel diujung / sisi pemancar menunjukkan impedansi Complex sebesar 82 + j43 , berapakah impedansi yang sebenarnya dari antenna ?

Jawab :

·         Satu lambda pada 72 MHz = 984 / 72 = 13.67 ft. Jika kita masukkan velocity factornya yang 0.8 maka lambda pada kabel tsb. menjadi 13.67 x 0.8 = 10.93 ft.

·         Panjang kabel 50 ft., dalam lambda = 50 / 10.93 = 4.57 lambda. Seperti sudah kita pelajari , nilai 4 lambdanya bisa kita abaikan ( karena kalau dihitung hanya akan terjadi pengulangan saja ) sehingga untuk praktisnya kita hanya perlu menghitung “angka sisa”nya yang 0.57 lambda.

·         Lakukan normalisasi pada impedansi yang terukur tadi. Nilai pada Prime Center menjadi 75 ohm sesuai karakteristik kabel ( gambar 13-37 ). Z = ( 82 + j43 ) : 75 = 1.09 + j0.52. Nilai 1.09 + j0.52 ini yang kita plot kan ke Smith Chart.

·         Dari Prime Center kita plotkan Lingkaran SWR melalui titik ini , kemudian dari lingkaran tsb. kita tarik / gambarkan Garis Tangent lurus kearah skala linier SWR yang ada dibawah. Nilai SWR kita temukan = 1.67

·         Berikutnya tarik garis dari prime centerketitik normalized impedance dan melalui plotting panjang gelombang / lambda pada perimeter dari grafik. Pada titik perpotongan skala “TOWARD LOAD” ( identik dengan “sepanjang kabel , kearah antenna” ), ditemukan titik X pada skala 0.346 lambda ( lihat gambar ).

·         plotted impedance ini adalah yang terlihat dari ujung kabel disisi generator ( = pemancar ) , jadi kita masih perlu mengelilingi grafik/tabel kearah load ( berlawanan dengan arah jarum jam ). Catatan : Mengingatkan kembali bahwa pada putaran 4.5 lambda kita akan kembali ( berulang ) ketitik yang sama / titik X. 07 Lalu tambahkan 0.

·         lambda lagi ( tetap kearah kebalikan jarum jam ) untuk menuntaskan sesuai “seluruh panjang ( nya ) kabel coax” . Ini akan menghasilkan temuan dititik 0.346 + 0.07 = titik 0.416 lambda yang kita nyatakan sebagai titik Y digambar 13-37 tsb.

·         Lalu gambar garis dari Y ke prime center. Pada titik dimana garis memotong lingkaran SWR , itu adalah nilai impedansi antenna yang sekarang sudah kita temukan dengan nilai normalisasi 0.72 + j0.33. Untuk mengetahui nilai impedansi yang sebenarnya , kalikan dengan 0.75 maka akan kita temukan Z = 75 ( 0.72 + j0.33 ) = 54 + j24.75 ohm.

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

Impedansi tidak semata-mata hambatan. Dia adalah gabungan hasil reaksi

hambatan (R, resistensi) dan kapasitas elektron (C, capacitance). Maka, dalam bahasa di literatur elektronika Indonesia lama (tua, sekitar era '80 an), impedansi ini pernah coba di-Indonesianisasi sebagai: REAKTANSI. Mungkin hendak menunjukkan impedansi sebagai hasil reaksi hambatan dan kapasitansi secara bersamaan.

Ambil contoh speaker. bagaimana mengukur impedansi speaker,  Dengan alat pengukur hambatan, Dengan OHM-meter, Dijamin salah Karena 8 ohm pada sebuah speaker (misalnya) bukanlah hambatan sebesar 8 ohm. Tetapi impedansi sebesar 8 ohm. Jadi satuannya sama, tapi merujuk kepada hal yg berbeda.

antena adalah "transformator struktur transmisi antara gelombang terbimbing (saluran transmisi) dengan gelombang ruang bebas atau sebaliknya. Sekarang antena adalah salah satu elemen penting yang harus ada pada sebuah teleskop radio, TV, radar, dan semua alat komunikasi lainnya yang menggunakan sinyal". Sebuah antena adalah bagian vital dari suatu pemancar atau penerima yang berfungsi untuk menyalurkan sinyal radio ke udara.Bentuk antena bermacam macam sesuai dengan desain, pola penyebaran dan frekuensi dan gain. Panjang antenna secara efektif adalah panjang gelombang frekuensi radio yang dipancarkannya. Antenna setengah gelombang adalah sangat poluler karena mudah dibuat dan mampu memancarkan gelombang radio secara efektif.

DAFTAR PUSTAKA

·         http://elektronika-ys.blogspot.com/2012/02/antena-dipole-pakan-impedansi.html

·         http://home.rajateknik.com/?p=251

·         Krauss, John D. , 1988, Antennas, Mcgraw Hill.

·         Alaydrus, Mudrik (2001). Antenna prinsip dan aplikasi. Yogyakarta: Graha Ilmu

·         Oliver Heaviside, The Electrician, p. 212, 23rd July 1886 reprinted as Electrical Papers, p64, AMS Bookstore, ISBN 0-8218-3465-7

·         Horowitz, Paul; Hill, Winfield (1989). "1". The Art of Electronics. Cambridge University Press. pp. 31–32. ISBN 0-521-37095-7.