CARA MENGHITUNG PENGUATAN/DAYA DARI SUATU ANTENNA

Hallo rekan2 CB'er, kali ini saya akan mereview lagi sebuah artikel yang saya ambil dari sebuah buku "The Radio Amateur Antenna Handbook" yang diterbitkan oleh Radio Publication INC.

Sebelum kita dapat menghitung berapa besar penguatan/daya dari suatu antenna, maka terlebih dahulu kita harus memahami dulu tujuh buah hukum dasarnya.
Tujuh buah hukum dasar ini didapatkan dari teori2 yang cukup panjang di depannya yang membahas tentang antenna isotropis, antenna dipole dan antenna ground plane yang kemudian disebut dari ketiga jenis antenna ini sebagai " Yardstick of Comparison" atau sebagai antenna pembanding.

Saya persingkat saja sbb :
Antenna pembanding pertama yaitu antenna standard yang disebut Isotropis.
Antenna isotropis adalah suatu sumber titik yang memancarkan secara uniform dalam permukaan berbentuk bola.

Pada antenna ini radiasi terkonsentrasi dalam daerah tertentu di dalam permukaan bola dan juga menghasilkan intensitas yang lebih besar dibanding yang dapat dihasilkan oleh radiator isotropis sejenisnya, ini menunjukkan adanya penguatan daya dibanding radiator isotropis. Penguatan daya, jadinya adalah berbanding terbalik dengan bagian dari keseluruhan daerah dalam dari permukaan bola yang menerima radiasi terkonsentrasi.

Beberapa antenna secara praktisnya mempunyai daerah pancaran yang tidak sama dan sering kali di antaranya mempunyai penguatan daya jika dibandingkan radiator isotropis. Daerah pancaran ini pada umumnya tidak terdefinisikan secara tajam, tetapi sebenarnya bergeser sedikit dari pusat dari daerah tersebut.
Antenna isotropis ini dipertimbangkan untuk menjadi antenna standard. Antenna ini sebenarnya bukan suatu standard yang praktis, dan tidak mudah untuk mengkontruksinya. Kesemuanya ini tergantung pada kenyataan bahwa tidak dibutuhkan definisi dari arah radiasi untuk pembanding yang bisa dibuat, sedemikian hingga radiasi ini ohmnidirectional (ke semua arah).
Radiator isotropis, yang telah diceritakan terdahulu, merupakan standard dasar pembanding yang ada dalam teknik pekerjaan antenna. Antenna ini dianggap mempunyai penguatan daya yang sama dengan satu, atau dalam satuan decibel adalah sama dengan 0 db. Sebagai pendekatan dari antenna isotropis ini dapat dipilih antenna dipole dengan ukuran yang sangat kecil (barangkali hanya sekitar 1/100 panjang gelombang) dengan syarat arus haruslah konstan sepanjang antenna, dan mempunyai efisiensi 100 prosen. Antenna isotropis ini, dikarenakan ukurannya yang sangat kecil, maka bila dihitung, kira2 mempunyai penguatan daya yang negatif sebesar -2,1 dB bila dibandingkan antenna dipole setengah panjang gelombang mempunyai penguatan sebesar +2,1 dB. dibanding antenna isotropis.

Antenna pembanding kedua yaitu antenna Dipole.
Semenjak ditemukan antenna dipole yang sederhana, maka banyak pabrik antenna yang menetapkannya sebagai "pembanding standard" selain antenna isotropis. Tidak ada kesulitan dengan memakai pembanding antenna dipole, tetapi titik nol dB antenna lainnya menjadi bergeser sebesar 2,1 dB. Penguatan antenna dipole ini diberikan oleh energi broadside yang terkonsentrasi selain dari kesemua cabang nya dalam arah2 yang lain. Beberapa pabrik menyatakan bahwa antenna dipole ini bisa dipakai sebagai antenna pembanding yang lebih baik, jika saja radiasinya di buat hampir dalam satu lingkaran penuh tertutup. Jika ada antenna2 yang lain yang dibandingkan terhadap antenna dipole, maka penguatan/gain dari antenna2 tersebut sebagai dBd (decibel terhadap dipole), jadi bukan lagi dBi.

Antenna pembanding ketiga yaitu antenna bumi datar atau Ground Plane.
Dalam hal ini hanya sering di gunakan untuk antenna vertical adalah antenna bumi datar (antenna ground plane). Antenna ini mempunyai penguatan daya kira2 sebesar 0,3 dB di atas antenna isotropis.
Faktor gain dari antenna bumi datar yang praktis ini terdiri dari logam yang vertikal ke atas di samping logam2 lain yang horizontal memiliki variasi yang banyak sekali.

Ternyatalah, dari faktor penguatan antenna yang dituliskan bisa berubah sebesar 2,1 dB, dengan hanya merubah antenna pembandingnya, dari antenna pembanding isotropis menjadi antenna pembanding dipole. Jadi hanya merubah istilah dari dBi ke dBd.

Setelah secara singkat kita mempelajari dan memahami mengenai ke tiga jenis antenna pembanding di atas, sekarang kita kembali lagi untuk membahas tujuh buah hukum dasar yang dijadikan patokan untuk menghitung penguatan/daya dari suatu antenna atau sering kita bilang "Berapa dB sih...penguatan antenna ini ?"

TUJUH BUAH HUKUM DASAR

Tujuh buah hukum berikut ini, diberikan pada kita dengan keakuratan performans "yardstick" untuk semua antenna. Untuk pemakaian ketujuh buah hukum ini, dipakai antenna isotropis sebagai referensi.

Hukum 1 : Antenna pembanding yang paling mendasar adalah antenna isotropis, yang dipakai sebagai referensi penguatan daya  0 decibel (dBi).

Hukum 2 : Penguatan dari antenna dipole setengah panjang gelombang adalah 2,1 decibel di atas isotropis (referensi dBd).

Hukum 3 : Penguatan antenna dengan quad loop satu elemen (elemen driven) adalah 4,1 dBi di atas antenna isotropis, atau 2 dBd di atas antenna dipole.

Hukum 4 : Penguatan antenna yang mempunyai sebuah pemantul (reflector) atau pengarah (director) adalah sebesar 5 dB di atas penguatan antenna dengan elemen driven tersebut.

Hukum 5 : Penambahan penguatan daya yang disebabkan penambahan elemen pengarah (director) ada berbagai ketentuan ; Untuk penambahan satu elemen pengarah menyebabkan penambahan penguatan sebesar 2 dB, penambahan berikutnya memberikan penambahan penguatan sebesar 1 dB, tiap2 penambahan satu pengarah.

Hukum 6 : Bila kedua pemantul dan pengarah dipakai bersama-sama, maka penguatan dari pemantul tersebut mengalami penurunan dari 5 dB menjadi 3 dB.

Hukum 7 : Penguatan antenna yang diukur dalam bidang vertical tidak boleh dihitung lagi dalam bidang hirizontal atau berbagai versi lain.

PENERAPAN HUKUM DASAR

Baiklah, rekan2 CB'er, tujuh buah hukum dasar telah kita ketahui semuanya. Antenna pembanding kita sebagai pengingat secara teoritis adalah antenna isotropis. Sekarang marilah kita gunakan hukum2 tersebut.

Contoh :
Berapa besar penguatan/gain daya dari antenna Yagi parasitic yang terdiri dari 3 elemen dibandingkan terhadap antenna isotropis ?

Jawab :
Antenna Yagi 3 elemen tersebut dari dipole (elemen driven yang dibangkitkan oleh pemancar/transmitter), elemen pemantul dan sebuah elemen pengarah. kita dapat membandingkan dengan pembanding antenna isotropis (hukum1) sebagai referensi, atau titik awal. Kemudian gunakan hukum 2, 4 dan 6.

Cara menggunakan hukum tersebut adalah dengan menjumlahkan setiap penguatan yang terdapat dalam masing2 hukum, dan penjumlahan dari semuanya itu merupakan pendekatan terbaik dari penguatan daya yang dinyatakan dalam decibel. Marilah kita mulai.

Penguatan daya adalah :                                  

Penguatan dipole                                               = 2,1 dB (hukum 2)
Penguatan pemantul                                           = 3,0 dB (hukum 4 dan 6)
Penguatan pengarah                                           = 5,0 dB (hukum 4)
                                                                         ______________________ +
Penguatan antenna Yagi                                     = 10,1 dBi (terhadap isotropis)


Contoh :
Berapa penguatan daya dari beam quad 4 elemen ?

Jawab :
Penguatan daya adalah :

Penguatan elemen quad loop                              = 4,1 dB (hukum 3)
Penguatan pemantul                                           = 3,0 db (hukum 4 & 6)
Penguatan pengarah pertama                              = 5,0 dB (hukum 4)
Penguatan pengarah kedua                                 = 2,0 dB (hukum 5)
               
                                                                          _____________________ +
Penguatan antenna                                              = 14,1 dBi (terhadap isotropis)


Contoh :
Berapakah penguatan daya dari antenna Yagi 2 elemen yang menggunakan sebuah pengarah ?

Jawab :
Antenna Yagi 2 elemen terdiri dari elemen driven dan sebuah pengarah. Sebagai pembanding digunakan antenna isotropis (hukum 1). kemudian gunakan hukum 2 dan 4.

Penguatan daya adalah :

Penguatan dipole                                                = 2,1 dB (hukum1 dan 2)
Penguatan pengarah                                            = 5,0 dB (hukum 4)

                                                                          ______________________ +
Penguatan antenna                                              = 7,1 dBi (terhadap isotropis)


Sekarang kita sudah mengerti, jadi penguatan antenna dapat dicari secara sangat sederhana dengan cara menjumlahkan masing2 penguatan yang tertera dalam masing2 hukum. Kita dapat menggunakan ketujuh hukum dasar ini untuk menghitung penguatan antenna hanya dengan melihat saja dari kejauhan.

Sekarang Berapa Penguatan/Daya Untuk Antenna Vertical ?
Ada empat hukum yang harus digunakan untuk antenna vertical, sebagai misal antenna bumi datar, antenna setengah panjang gelombang vertical dan 5/8 panjang gelombang vertical. Ada kenyataan bahwa antenna tidak mungkin dapat memancarkan sinyal ke seluruh dunia, jika tidak ditambah dengan elemen parasitic.

EMPAT HUKUM DASAR ANTENNA VERTICAL

Hukum 1 : Antenna dasar yang dipakai sebagai pembanding tetap antenna isotropis, yang dianggap mempunyai penguatan/gain = 0 dB.

Hukum 2 : Penguatan dari antenna bumi datar yang mempunyai panjang = 1/8 panjang gelombang adalah sebesar 0,3 dBi diatas penguatan antenna isotropis sebagai referensi.

Hukum 3 : Penguatan antenna vertical setengah panjang gelombang dipole adalah 2,1 dBi.

Hukum 4 : Penguatan antenna vertical 5/8 panjang gelombang dipole adalah sebesar 3,3 dBi.

Jadi kesimpulannya, penguatan antenna vertical 5/8 panjang gelombang diatas penguatan antenna bumi datar adalah = 3,3 - 0,3 = 3 dB.

Jadi bagaimana kita dapat menceritakan mengenai perbedaan yang ada diantara beberapa antenna vertical yang menyerupai tongkat vertical itu ? Jawabnya mudah, ukur atau perkirakan keseluruhan ketinggian antenna tersebut dalam satuan panjang gelombang, maka kita akan mendapatkan jawabannya.