REKABENTUK LITAR PELARASAN ANTENA DWIKUTUB

Transcription

1 REKABENTUK LITAR PELARASAN ANTENA DWIKUTUB Mohd Safari bin Jaafar, Yaakub bin Omar Politeknik Sultan Salahuddin Abdul Aziz Shah ABSTRAK Kajian yang dilakukan, adalah untuk menghasilkan satu litar pelarasan antena dwikutub yang dapat menjana pelbagai nilai frekuensi yang diperlukan. Hasil dari rekabentuk litar pelarasan antenna dwikutub ini, berbagai nilai ukuran frekunsi dapat dijana dengan hanya satu antenna dwikutub sahaja iaitu dengan melakukan pelarasan terhadap nilai kasitor atau indukten yang terdapat pada litar pelarasan. Tujuan litar pelarasan antenna dwikutub ini adalah untuk mendapatkan kuasa maksimum pada sebarang nilai frekuensi yang dijanakan. Hasil daripada kajian ini, satu antena dwikutub dengan litar pelarasan dibina dan diuji. Dalam menghasilkan satu litar pelarasan antena dwikutub, kajian ini menggunakan kaedah, simulasi komputar dan secara ujikaji makmal. Dalam kajian ini keputusan secara makmal dapat dianalisa dan dibandingkan dengan keputusan simulasi komputer. Perisian Proteus 8 telah digunakan dalam kajian ini untuk analisa simulasi. Rekabentuk litar pelarasan antena dwikutub ini mampu untuk mendapatkan kuasa maksimum dari frekuensi 346 MHz sehingga frekuensi 1210 MHz. Dengan ini antena dwikutub dengan litar pelarasan yang direka sesuai digunakan untuk mengukur faktor-faktor rosotan bagi menentikan samada sesuatu kawasan itu sesuai untuk dijadikan kawasan ujian terbuka bagi kerj-kerja pengukuran keserasian elektromagnetik (elektromagnetic compatibiliti) EMC. KEYWORDS: antena dwikutub; litar pelarasan; frekuensi; salun. 1. PENGENALAN Secara amnya antena didefinasikan sebagai satu peranti yang direkacipta melalui rekabentuk yang sesuai supaya ianya berkebolehan menukarkan arus berfrekuensi tinggi kepada bentuk gelombang elektromagnetik untuk dipancarkan ke udara dan berupaya memerangkapnya dengan baik di bahagian penerima. Antena digunakan sebagai elemen pertama atau elemen terakhir di dalam sesuatu sistem perhubungan, Moxon, Les A. (2012). Antena bertindak untuk memberi keadaan sepadan (matching) di antara galangan elemen dan galangan sekelilingnya. Ia juga akan mengarahkan pamancar ke arah yang dikehendaki mengikut sifat dan bentuk pancarannya. Antena akan bertindak sebagai tranduser di antara sempadan dan bukan sempadan bagi tenaga electromagnet, John D. Kraus (2013). Antena yang berkendali sebagai pemancar akan membentuk dua jenis medan iaitu medan elektrik dan medan magnet. Kedua-dua medan ini dihasilkan daripada ketidak bersambungan di dalam bahagian penghantaran. Frekuensi salun akan berlaku apabila nilai galangan indukten bersamaan dengan nilai galangan kapasiten. Apabila keadaan ini berlaku maka galangan litar adalah bersamaan dengan nilai rintangan litar. Penyerapan kuasa maksimum hanya berlaku terhadap komponen rintangan. Tujuan utama kajian ini dilakukan adalah untuk merekabentuk sebuah litar pelarasan antena dwikutub. Dengan menggunakan litar pelarasan ini pelbagai nilai frekuensi dapat diuji dengan mengunakan hanya satu antena sahaja. 1

2 2. LITERARY REVIEW Suatu antena dwikutub bolah dimodelkan dengan menggunakan litar setara elektriknya, Pat Hawker (1976). Anggapan yang dilakukan bahawa sesuatu dawai antena yang digunakan mempunyai komponen pasif elektrik seperti perintang, aruhan dan kapasitor, George J. Monser (2011). Satu contoh mudah penggunaan antena adalah pada kenderaan seperti kereta. Antena kereta yang diperlukan untuk menjana frekuensi 108 MHz, lebar jalur frekuensi λ = C/F adalah 2.778m dimana C 3 x 10 8, manakala panjang antena dwikutub L λ/2 adalah m, Robert E. Collin (1985). Adalah mustahil untuk menggunakan satu antena kereta sepanjang m. Untuk itu panjang antena dipendekkan dengan menggelungkan panjang antena, dengan ini akan mengujudkan satu pengaruh pada antena. Secara fizikalnya panjang antena yang telah digelungkan adalah kurang dari panjang separuh gelombang, tetapi dari segi elektrikalnya adalah menyamai separuh daripada panjang gelombang yang diperlukan, Pat Hawker (1976). Kajian secara elektrikal menunjukkan bahawa apabila dua pled yang mengalirkan arus diletakkan berdekatan akan mewujudkan kapasitor, Wilfred N. Caron (1989). Keadaan ini mewujudkan satu kapasitor pada antena dwikutub pada bahagian tengah antena. Daripada penerangan di atas, suatu antena dwikutub boleh diwakilkan kepada komponen yang wujud seperti pada Rajah 2.1, Moxon, Les A. (2012). Kajian boleh dipermudahkan dengan menukar litar-litar di dalam Rajah 2.1 kepada satu litar setara seperti dalam Rajah 2.2. Dengan anggapan bahawa R adalah nilai rintangan udara antena, L adalah jumlah indakten yang wujud dan C adalah nilai kapasitor yang wujud daripada plad yang diletakkan secara selari pada bahagian tengah antena dwikutub. Untuk itu litar ini akan diuji secara ujikaji makmal dan simulasi komputer. Rintangan udara L C L R g R R/2 R/2 Penjana isyarat C L Penjana isyarat Rajah 2.1: Komponen elektrik yang terdapat pada antena Litar setara antena dwikutub Rajah 2.2: Litar setara antena dwikutub 3. METHODOLOGY Kajian dilakukan dengan mengunakan dua kaedah ujiian iaitu ujian secara makmal dan ujian mengunakan perisian computer. Perisian Proteus 8 telah digunakan dalam kajian ini untuk analisa simulasi. Peralatan yang digunakan untuk ujikaji makmal ialah penjana isyarat dan meter voltan. komponen elektrik seperti perintang, kapasitor dan inductor digunakan dalam 2

3 kajian ini. Nilai perintang yang digunakan ialah 1KΩ dan 10KΩ. manakala kapasitor 100pF, 10μF, 50 μf, 70 μf dan 90 μf. Nilai indukten yang digunakan ialah 4.5μH, 1mH, 2mH, 4mH dan 5mH. Kesemua kompomen ini disambung seperti dalam Rajah 4.1 dan Rajah 4.4. dan diuji secara makmal dan sumulasi. Semua dapatan nilai voltan dicatatkan seterusnya analisa secara graf dilakukan. 4. KEPUTUSAN UJIKAJI 4.1 Kajian terhadap litar pelarasan kapasitor Dalam kajian terhadap litar perlarasan kapasitor, ianya bertujuan untuk melihat apakah yang akan berlaku terhadap litar setara antena jika diletakkan satu komponen kapasitor boleh laras di sambung antara antena dengan talian penghantaran. Kajian dilakukan terhadap litar dalam Rajah 4.1. Meter Voltan 1K C V 10K Penjana Isyarat 100pF 5.4uH Rajah 4.1 : Litar pelarasan yang dilakukan terhadap komponen CV Kajian dilakukan terhadap litar pelarasan kapasitor dengan menggunakan perisian Proteus 8 Dalam kajian ini, rintangan 10 K bertindak sebagai rintangan setara antena. Manakala aruhan 5.4 H adalah nilai aruhan yang wujud pada antena dan kapasitor 100pF adalah nilai kapasitan yang wujud antara kedua-dua antena dwikutub. Dalam kajian dengan menggunakan perisian Proteus 8 ianya bertujuan untuk melihat secara teori, apakah akan berlaku kepada frekuensi salun jika nilai CV diubah kepada beberapa nilai. Nilai CV telah dilaraskan kepada beberapa nilai iaitu 90 F, 70 F, 50 F dan 10 F. Setiap kali nilai CV yang dilaras, pelarasan frekuensi akan dilakukan untuk melihat pada frekuensi berapakah nilai voltan adalah maksimum. Dengan ini pada setiap nilai CV, beberapa sampel frekuensi dan voltan, diambil dan dicatatkan di dalam Jadual 4.1. Manakala perbandingan secara graf kesemua data yang diperolehi dilukiskan di dalam Rajah 4.2. Jadual 4.1 : Bacaan Frekuensi dan Voltan yang diperolehi pada pelarasan Cv menggunakan perisian Proteus 8 Frekuensi CV = 90 F CV = 70 F CV = 50 F CV = 10 F (MHz) Voltan (mv) Voltan (mv) Voltan (mv) Voltan (mv)

4 Voltan (mv) Voltan (mv) National Innovation and Invention Competition Through Exhibition (icompex 17) Jadual 4.2 : Bacaan Frekuensi dan Voltan yang diperolehi pada pelarasan Cv menggunakan ujikaji makmal Frekuensi CV = 90 F CV = 70 F CV = 50 F CV = 10 F (MHz) Voltan (mv) Voltan (mv) Voltan (mv) Voltan (mv) Graf Frekuensi Melawan Voltan Graf Voltan Melawan Frekuensi Frekeunsi (MHz) C=90uF C=70uF C=50uF C=10uF Frekuensi (MHz) C=90uF C=70uF C=50uF C=10uF Rajah 4.2 : Graf frekuensi salun yang diperolehi dengan membuat pelarasan kepada komponen C V daripada perisian Proteus 8 Rajah 4.3 : Graf frekuensi salun yang diperolehi dengan membuat pelarasan kepada komponen C V daripada ujikaji makmal Dengan melakukan pelarasan terhadap komponen kapacitor boleh laras ianya tidak memberikan sebarang terhadap frekuensi salun litar setara antena. Daripada ujikaji dengan menggunakan perisian Proteus 8 frekuensi salun hanya berlaku pada satu nilai iaitu 6.8MHz Kajian dilakukan terhadap litar pelarasan kapasitor dengan menggunakan ujikaji makmal Kajian yang dilakukan secara makmal bertujuan untuk melihat apakah yang akan berlaku kepada frekuensi salun jika nilai CV diubah kepada beberapa nilai secara amali. Dalam kajian ini nilai CV telah dilaraskan kepada beberapa nilai iaitu 90 F, 70 F, 50 F dan 10 F. 4

5 Setiap nilai LV yang dilaras, pelarasan frekuensi dilakukan untuk melihat pada frekuensi berapakah nilai voltan adalah maksimum. Dengan ini pada setiap nilai CV beberapa sampel frekuensi dan voltan, diambil dan dicatatkan di dalam Jadual 4.2. Untuk melihat perbandingan secara graf kesemua data yang diperolehi dilukiskan di dalam Rajah 4.3. Daripada ujikaji makmal terhadap pelarasan komponen kapasitor CV didapati pada setiap pelarasan nilai CV yang dilakukan berlakunya frekuensi salun, tetapi frekuensi salun hanya berlaku pada satu nilai iaitu pada frekuensi 6.7 MHz. Pelarasan terhadap komponen CV yang dilakukan hanya memberi kesan terhadap nilai voltan maksimum sahaja. Melalui kajian litar, bolehlah dianggapkan bahawa dengan meletakkan komponen kapasitor CV hanyalah bertindak sebagai satu litar pintas kepada litar setara antena tanpa memberikan sebarang kesan terhadap frekuensi salun pada litar. 4.2 Kajian dilakukan terhadap litar pelarasan indukten Kajian dilakukan terhadap litar dalam Rajah 4.4. Dengan anggpan rintangan 10 K bertindak sebagai rintangan setara antena. Manakala indukten 5.4 H adalah nilai aruhan yang wujud pada antena dan kapasitor 100pF adalah nilai kapasitan yang wujud antara kedua-dua antena duwkurub. Tujuan ujikaji ini untuk melihat apakah yang akan berlaku terhadap litar setara antena jika dilitakkan satu komponen pangaruh pada sambungan antara antena dengan talian penghantaran. 1K L V Meter Voltan Penjana isyarat 100pF 10K 5.4uH Rajah 4.4 : Pelarasan yang dilakukan terhadap komponen LV Kajian dilakukan terhadap litar pelarasan indukten dengan menggunakan perisian kumputer Perisian Proteus 8 Dalam kajian dengan mengunakan perisian Proteus 8 ianya bertujuan untuk melihat secara teori, apakah akan berlaku kepada frekuensi salun jika nilai LV diubah kepada beberapa nilai. Dalam kajian ini nilai LV telah dilaraskan kepada beberapa nilai iaitu 1mH, 2mH, 4mH dan 5mH. Setiap nilai LV yang dilaras, pelarasan frekuensi dilakukan untuk melihat pada frekuensi berapakah nilai voltan adalah maksimum. Dengan ini pada setiap nilai LV, beberapa sempel ferkuensi dan voltan, diambil dan dicatatkan di dalam Jadual 4.3. Untuk melihat perbandingan secara graf kesemua data yang diperolehi dilukiskan di dalam Rajah 4.5. Daripada ujikaji menggunakan perisian Proteus 8, didapati pada setiap pelarasan nilai LV yang dilakukan nilai frekuensi salun akan berubah. Nilai voltan juga meningkat, iaitu semakin besar nilai LV yang dilaras semalin tinggi nilai voltan maksimumnya Kajian dilakukan terhadap litar pelarasan indukten dengan menggunakan ujikaji makmal Kajuan secara makmal bertujuan untuk membuat perbandingan antara keputusan yang diperolehi daripada perisian Proteus 8 dengan ujikaji makmal, seterusnya untuk melihat apakah akan berlaku kepada frekuensi salun jika nilai LV diubah kepada beberapa nilai dalam ujikaji 5

6 makmal. Dalam kajian ini nilai LV telah dilaraskan kepada beberapa nilai iaitu 1mH, 2mH, 4mH dan 5mH. Setiap nilai LV yang dilaras, pelarasan frekuensi dilakukan untuk melihat pada frekuensi berapakah nilai voltan adalah maksimum. Dengan ini pada setiap nilai LV beberapa sempel ferkuensi dan voltan, diambil dan dicatatkan di dalam jadual 4.4. Untuk melihat perbandingan secara graf kesemua data yang diperolehi dilukiskan di dalam graf pada Rajah 4.6. Daripada ujikaji makmal, didapati pada setiap pelarasan nilai LV yang dilakukan nilai frekuensi salun juga berubah. Nilai voltan juga meningkat, iaitu semakin besar nilai LV yang dilaras semakin tinggi nilai voltan maksimumnya. Keadaan ini memberikan satu lebar jalur yang lebih luas apabila sesuatu antena itu diletakkan satu pelarasan pengaruh pada talian penghantaran. Jadual 4.3 : Bacaan Frekuensi dan Voltan yang diperolehi pada pelarasan Lv menggunakan perisian Proteus 8 Frekuensi LV = 1mH Frekuensi LV = 2mH Frekuensi LV = 4mH Frekuensi LV = 5mH (MHz) Voltan (mv) (MHz) Voltan (mv) (MHz) Voltan (mv) (MHz) Voltan (mv) Jadual 4.4 : Bacaan Frekuensi dan Voltan yang diperolehi pada pelarasan Lv menggunakan ujikaji makmal Frekuensi LV = 1mH Frekuensi LV = 2mH Frekuensi LV = 4mH Frekuensi LV = 5mH (MHz) Voltan (mv) (MHz) Voltan (mv) (MHz) Voltan (mv) (MHz) Voltan (mv) KESIMPULAN Daripada pengujian yang dilakukan terhadap litar pelarasan antena pada setiap nilai pelarasan kapasitor Cv akan berlaku pemindahan kuasa maksimum. Namun begitu frekuensi salun akan hanya berlaku pada frekuensi 6.7 MHz. Pelarasan terhadap nilai kapacitor Cv hanya memberi kesan kepada nilai voltan maksimum sahaja. Daripada ujikaji terhadap litar pelarasan indukten dengan mengunakan perisian Proteus 8 dan ujikaji makmal didapati kedua-duanya memberikan keputusan yang sama iaitu pada setiap pelarasan nilai LV akan menyababkan nilai 6

7 Voltan (V) Voltan (mv) National Innovation and Invention Competition Through Exhibition (icompex 17) frekuensi salun berubah. Keadaan ini memberikan satu lebar jalur yang lebih luas apabila sesuatu antena itu diletakkan satu pelarasan indukten pada talian penghantaran. Dengan ini pelarasan terhadap panjang L antena tidak perlu dilakukan untuk mendapatkan satu lebar jalur yang luas pada antena Graf Voltan Melawan Frekuensi Graf Voltan Melawan Frekuensi L=1m L=2m L=4m L=5m Frekuensi (KHz) L=1mH L=2mH L=4mH L=5mH Rajah 4.5 : Graf frekuensi salun yang diperolehi dengan membuat pelarasan kepada komponen LV daripada perisian Proteus Frekuensi (KHz) Rajah 4.6 : Graf frekuensi salun yang diperolehi dengan membuat pelarasan kepada komponen LV daripada ujikaji makmal RUJUKAN George J. Monser (2011). Antenna Design a Practical Guide : McGraw-Hall. John D. Kraus (2013). Antennas, McGraw-Hall Book Company. Joseph J. Carr (1998). Practical Antenna Handbook, 3 rd Edition, McGraw-Hall Book Company. Moxon, L. A. (1982). HF Antennas for all Locations. Radio Society of Great Britian. Pat Hawker (1976). Radio Techniques, Radio Society of Great Britain. Robert E. Collin (1985). Antennas and Radiowave Propagation : McGraw-Hall Book Company. Robert L. Boylested (1997). Introductory Circuit Analysis : Prentice-Hall International. Wilfred N. Caron (1989). Antenna, Impedance, Matching : American Radio Relay League. 7