Laporan Antena

Frekuensi
Vref
Frekuensi
VSWR
Frekuensi
Rl (dB)
LAPORAN LAB TEKNIK PENGUKURAN FREKUENSI TINGGI








Percobaan No.2
Pengukuran Antena Yagi Gamma Match



Oleh:
Kelompok II/Kelas 3A
1. Risty Febriasty Gunawan/121331022
2.Robby Firmansyah/121331024
3.Steven Theodorus/121331025
4.Syafira Az-zahra/121331026

Tanggal percobaan : 14/10/2013


PRODI TELEKOMUNIKASI – TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
OKTOBER 2014
Percobaan No : 2

Judul Percobaan : Pengukuran Antena Yagi Gamma Match VHF

Tujuan :
Dapat mengetahui karakteristik antenna Yagi Gamma match
Dapat mengetahui kurva dari antenna Yagi Gamma match
Mengetahui parameter impedansi dan parameter transmisi pada antena Yagi Gamma match

Teori Pendahuluan :
Antena GAMMAMATCH
Antena gamma match merupakan antena 1/2 lamda dengan tambahan matching impedans yang lebih fleksibel pengaturannya (var kapasitor) dengan menggeser-geser lewat gamma match/roadnya. Namun sering kita lihat, dipole mereka langsung di"feed" dengan kabel transmisi. secara teoritis dipole sederhana 1/2 lamda mempunyai impedansi input sekitar 72 Ohm, cocok dengan kabel transmisi 75 Ohm. Tapi perlu diingat bahwa dipole dasar, kalau dilihat konstruksinya bersifat balanced/seimbang, sedangkan kabel kita ( coaxial ) adalah UNbalanced. idealnya perlu BALUN (dari balans ke TAK balans). Dengan perbandingan 1 : 1.












Untuk driven elemen, disamping menggunakan dipole seperti yang diuraikan di atas, dapat pula menggunakan driven elemen dengan Gamma Match. Pada elemen dengan gamma match ini elemen tidak dibagi dua akan tetapi utuh dan pada feed point diberikan suatu matching device tersebut. Pada prinsipnya gamma match merupakan LC circuit.

GAMMA MATCHING DEVICE
Peralatan yang merupakan bagianbagian untuk membuat gamma matching device bisa didapatkan di pasaran. Panjang a sekitar 50 CM dan panjang c sekitar 10 CM sedangkan panjang b dicari pada saat kita melakukan matching ( antara 100120 CM) sehingga didapatkan SWR yang baik. Ukuran gamma matching device tersebut di atas dapat dipergunakan pada driven element untuk band dari 10 sampai 20 meter.


Matching dilakukan dengan mengatur gamma rod dan bracket sehingga didapatkan SWR yang baik. Menggerakkan bracket berarti mengatur induktansi dan menggerakkan rod berarti mengatur kapasitansi. Antara gamma rod dan inner coaxial membentuk suatu kondensator, nilai kapasitansinya ditentukan oleh panjang coaxial cable dalam gamma rod.
Kinerja dan daya guna suatu antena dapat dilihat dari nilai parameter-parameter antena tersebut. Beberapa dari parameter tersebut saling berhubungan satu sama lain. Parameter-parameter antena yang biasanya digunakan untuk menganalisis suatu antena adalah impedansi masukan, Voltage Wave Standing Ratio(VSWR), return loss, bandwidth, keterarahan, dan penguatan.
Impedansi masukan
Impedansi masukan adalah perbandingan (rasio) antara tegangan dan arus. Impedansi masukan ini bervariasi untuk nilai posisi tertentu.

Di mana Zin merupakan perbandingan antara jumlah tegangan (tegangan masuk dan tegangan refleksi (V)) terhadap jumlah arus (I) pada setiap titik z pada saluran, berbeda dengan karakteristik impedansi saluran (Z0) yang berhubungan dengan tegangan dan arus pada setiap gelombang.
Pada saluran transmisi, nilai z diganti dengan nilai –l ( z = -l) , sehingga persamaan di atas menjadi :

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)
VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum ("V"max) dengan minimum ("V"min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Perbandingan antara tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (Γ), yaitu :

Di mana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0 adalah impedansi saluran lossless. Koefisien refleksi tegangan (Γ) memiliki nilai kompleks, yang merepresentasikan besarnya magnitudo dan fasa dari refleksi. Untuk beberapa kasus yang sederhana, ketika bagian imajiner dari Γ adalah nol, maka :
Γ = -1 : refleksi negatif maksimum, ketika saluran terhubung singkat
Γ = 0 : tidak ada refleksi, ketika saluran dalam keadaan matched sempurna.
Γ = +1 : refleksi positif maksimum, ketika saluran dalam rangkaian terbuka.
 
Rumus untuk mencari nilai VSWR adalah

Kondisi yang paling baik adalah ketika VSWR bernilai 1 (S = 1) yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun kondisi ini pada prakteknya sulit untuk didapatkan. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan untuk fabrikasi antena adalah VSWR 2.
Return Loss
Return loss adalah perbandingan antara amplitudo dari gelombang yang direfleksikan terhadap amplitudo gelombang yang dikirimkan. Return loss dapat terjadi karena adanya diskontinuitas di antara saluran transmisi dengan impedansi masukan beban (antena). Pada rangkaian gelombang mikro yang memiliki diskontinuitas (mismatched), besarnya return loss bervariasi tergantung pada frekuensi seperti yang ditunjukkan oleh

Nilai parameter ini menjadi salah satu acuan untuk melihat apakah antena sudah dapat bekerja pada frekuensi yang diharapkan atau tidak.
Bandwidth
Bandwidth suatu antena didefenisikan sebagai rentang frekuensi di mana kinerja antena yang berhubungan dengan beberapa karakteristik (seperti impedansi masukan, polarisasi, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss) memenuhi spesifikasi standar. Bandwitdh dapat dicari dengan rumus berikut ini

Keterangan :
f1 = frekuensi terendah
f2 = frekuensi tertinggi
fc = frekuensi tengah
Ada beberapa jenis bandwidth di antaranya :
Impedance bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana patch antena berada pada keadaan matchingdengan saluran pencatu. Hal ini terjadi karena impedansi dari elemen antena bervariasi nilainya tergantung dari nilai frekuensi. Nilai matching ini dapat dilihat dari return loss dan VSWR.
Pattern bandwidth, yaitu rentang frekuensi di mana bandwidth, sidelobe, atau gain, yang bervariasi menurut frekuensi memenuhi nilai tertentu. Nilai tersebut harus ditentukan pada awal perancangan antena agar nilai bandwidth dapat dicari.
Polarization atau axial ratio bandwidth adalah rentang frekuensi di mana polarisasi (linier atau melingkar) masih terjadi. Nilai axial ratio untuk polarisasi melingkar adalah kurang dari 3 dB.

Setup Pengukuran :
GAMBAR RANGKAIAN PENGECEKAN DIRECTIVITY

Gambar 5.1










GAMBAR RANGKAIAN PENGUKURAN ANTENNA YAGI GAMMA MATCH

Gambar 5.2

Alat dan Bahan yang diperlukan :
Sweep oscillator (1 buah)
Oscilloscope (1 buah)
Frequency Counter (1 buah)
Kabel BNC (secukupnya)
Detector
Single Directional Coupler
Terminasi 50Ω
N+ to BNC- adapter connector (1 buah)
Antena Yagi Gammamatch

Langkah Percobaan :
Rangkailah rangkaian seperti pada gambar 5.1 pada setup pengukuran diatas.
Tekan GND pada osiloskop kemudian atur posisi ground hingga keatas. Setelah itu tekan kembali tombol GND pada osiloskop.
Geser tombol OFF-ON ke ON pada source RF, kemudian atur level dB sampai garis yang ditunjukkan pada osiloskop berada pada posisi paling bawah agar mendapatkan referensi level pengukuran tegangan 800 mV.
Hubungkan output coupler pada beban terminasi 50 Ohm.
Lihat dan hitung hasil pengukuran Vinc yang ditampilkan pada osiloskop.
Geser tombol OFF-ON ke OFF pada source RF.
Putar posisi IN dan OUT directional copler, kemudian biarkan IN directional copler tidak terhubung (open circuit).
Geser tombol OFF-ON ke ON pada source RF.
Lihat dan hitung hasil pengukuran Vref yang ditampilkan pada osiloskop.
Hitung besarnya directivity directional copler .
Atur start frequency = 80 Mhz ,mark frekuensi = 140 MHz dan stop frekuensi = 200 MHz.
Rangkailah rangkaian seperti pada gambar 5.2 pada setup pengukuran diatas.
Atur skala pengukuran frekuensi sampai penuh dari kiri kenanan dalam tampilan layar osiloskop agar mendapatkan skala pengukuran satu kotak 12 MHz.
ON-kan source RF.
Tunning antena sehingga menghasilkan fcenter : 140 MHz dan tampilan kurva di osiloskop baik.
Lihat dan hitung hasil pengukuran Vref yang ditampilkan pada osiloskop.
Hitung besarnya ρ (koefisien refleksi) VSWR dan RL (Return Loss) .
Hitung Bandwidth yang ditunjukkan pada kurva dengan nilai V1 .
Tandai 2 titik kurva yang menunjukkan tegangan sebesar V1 tersebut pada layar osiloskop dengan spidol.
Atur posisi marker ke arah ke dua titik tersebut secara bergantian dan lihat berapa frekuensinya.
Hitung Bandwidth yang dihasilkan dari nilai f1 dan f2.

Hasil dan Analisa
Hasil
Frekuensi kerja pada antenna yagi gamma match ini adalah 140 MHz sehingga kita tau λ dari antenna ini adalah :
λ= cf

λ= 3 x 108140 MHz

λ = 2,14 meter
Oleh karena itu menggunakan band frekuensi dari 80 MHz sampai 200 MHz untuk disetting pada sweep oscillator, lalu mendapatkan hasil pengukuran sebagai berikut :
Vs = 800 mV
Vinc (diterminasi 50 ) = 190 mV
Vref (open circuit) = 1,19 mV
Maka coupling = -20logVsVinc= -20log800190= 12,48 dB
Directivity = -20logVrefVinc = -20 log1901,19=- 44 dB

Menentukan V1 :
ρ = 0,168 Vinc = 190 mV
V1 = ρ * Vinc = 31, 92 mV (Sebagai titik pertama) tarik garis lurus pada kurva yang ditampilkan pada layar osiloskop menjadi titik ke 2 (V2).

Menghitung Bandwith :
Baca frekuensi di titik 1 ke frekuensi counter, didapatkan f1 = 123 MHz
Baca frekuensi dititik 2 ke frekuensi counter, didapatkan f2 = 147MHz
Maka, Bandwith antenna = f2 – f1 = 147 – 123 = 24 MHz

Karena dalam pengukuran ini mengukur scalar impedansi dengan menggunakan antenna sebagai bebannya, maka berikut hasil pengukuran dan perhitungannya :

Tabel 1 Hasil Pengukuran Tegangan refleksi dengan beban antenna
f (MHz)
Vref (mV)
ρ
RL (dB)
VSWR
80
72
0,378
8,45
2,215
92
62
0,326
9,735
1,967
104
59
0,31
10,172
1,898
116
58
0,305
10,314
1,877
128
60
0,315
10,033
1,919
140
32
0,168
15,493
1,403
152
6
0,031
30,172
1,063
164
65
0,342
9,319
2,039
176
42
0,221
13,112
1,567
188
61
0,321
9,869
1,945
200
80
0,421
7,514
2,454



Gambar 8.1 Kurva Vref (mV) terhadap frekuensi (MHz)



Gambar 8.2 Kurva RL (dB) frekuensi (MHz)


Gambar 8.3 Kurva VSWR terhadap frekuensi (MHz)

Analisa
Pada hasil diatas bisa dilihat bahwa directional copler yang digunakan masih dalam kondisi baik sebab menunujukkan nilai directivity berkisar - 45 dB (sesuai datasheet).
Koefisien refleksi yang dihasilkan oleh antenna pada frekuensi 140 MHz sebesar 0.168 dB yang menandakan adanya impedansi output dan impedansi input tidak match sehingga menyebabkan pantulan dari output kembali ke input.
Nilai VSWR dari hasil pengukuran pada frekuensi 140 MHz dikatakan cukup bagus bernilai 1,403 dikarenakan nilai VSWR yang dihasilkan masih kurang dari 2 dan lebih dari 1 (1< VSWR