Antena di Atas Ground Plane : Case Closed

Pengantar: Tulisan ini adalah sambungan dari tulisan saya 6 tahun yang lalu (berasa tua ya?😯), dapat dilihat di sini. Zaman dahulu kala, ketika kami pertama kali belajar antena (kangen belajar bareng geng anak-anak telkom di CC!) kebetulan konsep antena bagian ini tidak begitu diterangkan dengan detail di diktat kuliah. Textbook Krauss pun juga tidak begitu jelas. Dan sayangnya, mengingat keterbatasan waktu, kami juga tidak sempat bertanya ke dosen juga waktu itu (kalau di lain waktu, bahkan kami pernah mendatangkan dosen yang legendaris ini waktu belajar bareng – salut sama dosennya!). Akhirnya, kami pun mengutak-atik rumus dari berbagai sumber. Sayangnya, kita waktu itu tidak tahu apakah hasilnya benar atau tidak.

Apa yang sebenarnya terjadi jika sebuah antena diletakkan di atas ground plane? Hal ini saya temukan di buku karangan Balanis [1]. Kebetulan karena satu dan lain hal saya harus berurusan lagi dengan teori antena. Jadi, begini ceritanya.

Mengapa ada bayangan?

Antena di atas ground plane: Gelombang langsung dan pantul

 

Ketika kita meletakkan antena di atas ground plane, antena akan memancarkan gelombang elektromagnetik ke berbagai arah. Misal, kita lihat titik A. Setidaknya ada dua macam gelombang di sini, yaitu yang datang langsung (I) dan yang memantul terlebih dahulu di ground plane (II). Proses pemantulan ini terjadi akibat gelombang elektromagnetik “wajib menaati hukum Maxwell” di manapun dia berada, dalam hal ini di area perbatasan ruang bebas – ground plane. Baik gelombang asli maumpun pantul mempunyai medan listrik E yang arahnya juga diatur oleh hukum Maxwell. Sakti ya hukum Maxwell?:mrgreen:

Antena di atas ground plane + bayangannya

Nah, gelombang pantul ini sebenarnya bisa kita anggap sebagai gelombang lain yang dipancarkan oleh antena yang lain. Di manakah antena ini berada? Kalau kita menarik garis lurus dari gelombang pantul (warna biru putus-putus), didapat bahwa “antena lain” ini terletak di dalam ground plane, persis di bawah antena aslinya. Namanya juga bayangan, “antena lain” ini hanya ada di alam pikiran kita saja, tidak eksis di dunia nyata. Bagaimana dengan sifat antena ini, apakah sama dengan antena aslinya? Bisa iya, bisa tidak. Dan arus di antenanya juga tidak harus berbeda fasa 180°! Tergantung bagaimana arah medan listrik gelombang pantulnya. Kalau searah dengan punyanya gelombang langsung, berarti arusnya sama dengan aslinya. Kalau berlawanan, ini baru berbeda 180°.

Medan listrik lebih besar daripada punyanya “antena asli”?

Untuk total dari medan listrik, memang totalnya adalah penjumlahan dari medan listrik “antena asli” dan bayangannya. Hanya saja, nilai maksimum medan total belum tentu sama dengan penjumlahan nilai maksimum dari semua medan yang ada (E1+E2). Medan listrik di sini tergantung dengan lokasi (secara matematis E=f(θ,Φ))  dan ini juga mempengaruhi nilai maksimum medan total. Etotal boleh jadi lebih besar daripada E1, medan listrik “antena asli”. Kok bisa? Hal ini wajar, karena gelombang pantul bisa jadi menambah medan-medan baru.

Apakah berarti daya atau energi yang dipancarkan lebih besar dari “antena asli”?

Dengan asumsi semua materialnya ideal, tidak ada loss, daya yang dipancarkan tetap sama dengan “antena asli” tanpa ground plane. Untuk menghitung daya, kita perlu menjumlahkan (lebih tepatnya mengintegralkan) semua medan listrik di setiap arah (θ,Φ). Walaupun medan listrik untuk antena dengan ground plane dapat lebih besar, medan listrik di dalam ground plane-nya sendiri sama dengan nol. Kalau tidak ada ground plane, di daerah ini ada medan listrik. Yang tadinya ada jadi tidak ada, semua “pindah” ke atas ground plane. Jadi, kalau ditotal-total, keduanya akan memancarkan daya yang sama. Hukum kekekalan energi tidak dilanggar.😀

Referensi:

[1],  C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3rd ed. New. York, NY, USA: Wiley, 2005.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s