Antena parabola

Antena komunikasi parabola besar di Erdfunkstelle Raisting, fasilitas terbesar untuk satelit komunikasi di dunia, di Raisting, Bavaria, Jerman. Ini memiliki jaringan jenis Cassegrain.

Antena parabola adalah antena yang menggunakan reflektor parabola, permukaan melengkung dengan bentuk penampang parabola, untuk mengarahkan gelombang radio. Bentuk paling umum berbentuk seperti piring dan populer disebut antena parabola atau parabola. Keuntungan utama antena parabola adalah ia memiliki directivity tinggi. Fungsinya mirip dengan lampu sorot atau reflektor senter untuk mengarahkan gelombang radio dalam sinar yang sempit, atau menerima gelombang radio dari satu arah saja. Antena parabola memiliki beberapa keuntungan tertinggi, artinya antena dapat menghasilkan lebar pita terkecil dari semua jenis antena. Untuk mencapai beamwidth yang sempit, reflektor parabola harus jauh lebih besar daripada panjang gelombang gelombang radio yang digunakan, sehingga antena parabola digunakan di bagian frekuensi tinggi dari spektrum radio, pada frekuensi UHF dan gelombang mikro (SHF), di mana panjang gelombangnya cukup kecil sehingga reflektor berukuran nyaman dapat digunakan.

Antena parabola didasarkan pada properti geometris parabola yang dilaluinya FP₁Q₁, FP₂Q₂, FP₃Q₃ semuanya memiliki panjang yang sama. Jadi muka gelombang bundar yang dipancarkan oleh antena umpan pada fokus piringan F akan dipantulkan ke gelombang pesawat keluar L yang berjalan paralel dengan sumbu piringan VF.

Antena parabola digunakan sebagai antena tinggi untuk komunikasi titik-ke-titik, dalam aplikasi seperti tautan relai gelombang mikro yang membawa sinyal telepon dan televisi antara kota-kota terdekat, tautan WAN / LAN nirkabel untuk komunikasi data, komunikasi satelit, dan antena komunikasi pesawat ruang angkasa. Mereka juga digunakan dalam teleskop radio.

Sejarah

Antena parabola pertama, dibangun oleh Heinrich Hertz pada tahun 1888.

Gagasan untuk menggunakan reflektor parabola untuk antena radio diambil dari optik, di mana kekuatan cermin parabola untuk memfokuskan cahaya menjadi sinar telah dikenal sejak zaman kuno klasik. Desain dari beberapa jenis antena parabola tertentu, seperti Cassegrain dan Gregorian, berasal dari sejenis teleskop pemantul analog, yang ditemukan oleh para astronom selama abad ke-15.

Fisikawan Jerman Heinrich Hertz membangun antena reflektor parabola pertama di dunia pada tahun 1888. Antena adalah reflektor parabola silindris yang terbuat dari logam lembaran seng yang didukung oleh bingkai kayu, dan memiliki dipol tereksitasi cangkang 26 cm sebagai antena umpan di sepanjang garis fokus. Bukaannya 2 meter dengan lebar 1,2 meter, dengan panjang fokus 0,12 meter, dan digunakan pada frekuensi operasi sekitar 450 MHz. Dengan dua antena tersebut, satu digunakan untuk mentransmisikan dan yang lainnya untuk menerima, Hertz menunjukkan keberadaan gelombang radio yang telah diprediksi oleh James Clerk Maxwell sekitar 22 tahun sebelumnya. Namun, perkembangan awal radio terbatas pada frekuensi yang lebih rendah di mana antena parabola tidak cocok, dan mereka tidak digunakan secara luas sampai setelah Perang Dunia 2, ketika frekuensi gelombang mikro mulai dieksploitasi.

Perintis radio Italia Guglielmo Marconi menggunakan reflektor parabola selama tahun 1930-an dalam penyelidikan transmisi UHF dari kapalnya di Mediterania. Pada tahun 1931, ditunjukkan hubungan telepon relay gelombang mikro 1,7 GHz melintasi Selat Inggris menggunakan piringan berdiameter 10 kaki (3 meter). Antena parabola besar pertama, piringan 9 m, dibangun pada tahun 1937 oleh perintis astronom radio Grote Reber di halaman belakang rumahnya, dan survei langit yang ia lakukan dengannya adalah salah satu peristiwa yang mendirikan bidang astronomi radio.

Perkembangan radar selama Perang Dunia II memberikan dorongan besar untuk penelitian antena parabola, dan melihat evolusi antena berbentuk balok, di mana kurva reflektor berbeda dalam arah vertikal dan horizontal, yang dirancang untuk menghasilkan balok dengan bentuk tertentu. Setelah perang, parabola yang sangat besar dibangun sebagai teleskop radio. Teleskop Radio Green Bank 100 meter di Green Bank, Virginia Barat, versi pertama yang selesai pada tahun 1962, saat ini merupakan parabola yang sepenuhnya dapat dikendalikan sepenuhnya terbesar di dunia.

Selama antena parabola 1960-an menjadi banyak digunakan dalam jaringan komunikasi relai gelombang mikro terestrial, yang membawa panggilan telepon dan program televisi di seluruh benua. Antena parabola pertama yang digunakan untuk komunikasi satelit dibangun pada tahun 1962 di Goonhilly di Cornwall, Inggris untuk berkomunikasi dengan satelit Telstar. Antena Cassegrain dikembangkan di Jepang pada tahun 1963 oleh NTT, KDDI dan Mitsubishi Electric. Munculnya pada tahun 1970-an alat desain komputer seperti NEC yang mampu menghitung pola radiasi antena parabola telah menyebabkan pengembangan desain asimetris, multireflektor dan multifeed canggih dalam beberapa tahun terakhir.

Pola sinyal

Pengaruh pola radiasi antena umpan (permukaan berbentuk labu kecil) pada spillover. - Kiri: Dengan antena umpan penguatan rendah, bagian-bagian signifikan dari radiasi berada di luar piringan. - Kanan: Dengan feed penguatan yang lebih tinggi, hampir semua radiasinya dipancarkan dalam sudut piringan.

Pola radiasi antena umpan harus disesuaikan dengan bentuk antena piringan, karena antena ini memiliki pengaruh kuat pada efisiensi bukaan, yang menentukan penguatan antena (lihat Bagian penguatan di bawah). Radiasi dari umpan yang berada di luar tepi piringan disebut "limpahan" dan terbuang, mengurangi penguatan dan meningkatkan backlob, yang mungkin menyebabkan gangguan atau (dalam menerima antena) meningkatkan kerentanan terhadap kebisingan di tanah. Namun, keuntungan maksimum hanya dicapai ketika piringan secara seragam "menyala" dengan kekuatan medan konstan ke tepinya. Jadi pola radiasi yang ideal dari antena umpan adalah kekuatan medan yang konstan di seluruh sudut padat antena, turun secara tiba-tiba ke nol di tepinya. Namun, antena feed praktis memiliki pola radiasi yang turun secara bertahap di tepi, sehingga antena feed adalah kompromi antara spillover rendah yang dapat diterima dan pencahayaan yang memadai. Untuk sebagian besar tanduk feed depan, iluminasi optimal dicapai ketika daya yang dipancarkan oleh tanduk feed adalah 10 dB lebih sedikit di tepi piring daripada nilai maksimumnya di tengah piring

Polarisasi

Pola medan listrik dan magnet di mulut antena parabola hanyalah gambar yang diperbesar dari bidang yang dipancarkan oleh antena umpan, sehingga polarisasi ditentukan oleh antena umpan. Untuk mencapai penguatan maksimum, antena umpan dalam antena pengirim dan penerima harus memiliki polarisasi yang sama. Misalnya, antena umpan dipol vertikal akan memancarkan sinar gelombang radio dengan medan listriknya vertikal, yang disebut polarisasi vertikal. Antena umpan penerima juga harus memiliki polarisasi vertikal untuk menerimanya; jika umpan horisontal (polarisasi horizontal) antena akan menderita kerugian yang sangat besar.

Untuk meningkatkan kecepatan data, beberapa antena parabola mengirimkan dua saluran radio terpisah pada frekuensi yang sama dengan polarisasi ortogonal, menggunakan antena umpan yang terpisah; ini disebut antena polarisasi ganda. Misalnya, sinyal televisi satelit ditransmisikan dari satelit pada dua saluran terpisah pada frekuensi yang sama menggunakan polarisasi sirkuler kanan dan kiri. Dalam parabola rumah, ini diterima oleh dua antena monopole kecil di feed horn, yang berorientasi pada sudut kanan. Setiap antena terhubung ke penerima yang terpisah.

Membentuk reflektor ganda

Dalam antena Cassegrain dan Gregorian, keberadaan dua permukaan pemantul di jalur sinyal menawarkan kemungkinan tambahan untuk meningkatkan kinerja. Ketika kinerja tertinggi diperlukan, teknik yang disebut "pembentukan reflektor ganda" dapat digunakan. Ini melibatkan perubahan bentuk sub-reflektor untuk mengarahkan lebih banyak kekuatan sinyal ke area luar antena, untuk memetakan pola umpan yang dikenal menjadi iluminasi seragam primer, untuk memaksimalkan penguatan. Namun, ini menghasilkan sekunder yang tidak lagi tepat hiperbolik (meskipun masih sangat dekat), sehingga properti fase konstan hilang. Kesalahan fase ini, bagaimanapun, dapat dikompensasi dengan sedikit mengubah bentuk cermin utama. Hasilnya adalah gain yang lebih tinggi, atau rasio gain / spillover, dengan biaya permukaan yang lebih sulit untuk dibuat dan diuji. Pola iluminasi piringan lainnya juga dapat disintesis, seperti pola dengan lancip tinggi di tepi piringan untuk sidelob spillover ultra-rendah, dan pola dengan "lubang" sentral untuk mengurangi bayangan sinyal.

Desain sistem

Prinsip operasi antena parabola adalah bahwa sumber titik gelombang radio pada titik fokus di depan reflektor parabola dari bahan konduktif akan dipantulkan ke dalam klominasi gelombang pesawat yang terpolarisasi sepanjang sumbu reflektor. Sebaliknya, gelombang bidang yang masuk sejajar dengan sumbu akan difokuskan ke titik di titik fokus.

Antena parabola tipikal terdiri dari reflektor parabola logam dengan antena umpan kecil yang tergantung di depan reflektor dengan fokusnya, menunjuk ke arah reflektor. Reflektor adalah permukaan logam yang dibentuk menjadi parabola revolusi dan biasanya terpotong di tepi lingkaran yang membentuk diameter antena. Dalam antena pemancar, arus frekuensi radio dari pemancar disuplai melalui kabel saluran transmisi ke antena umpan, yang mengubahnya menjadi gelombang radio. Gelombang radio dipancarkan kembali ke arah antena piringan oleh antena umpan dan memantulkan antena piringan menjadi sinar paralel. Dalam antena penerima gelombang radio yang masuk memantul dari piringan dan difokuskan ke suatu titik di antena umpan, yang mengubahnya menjadi arus listrik yang bergerak melalui saluran transmisi ke penerima radio.

Reflektor parabola

Antena parabola tipe kotak kawat yang digunakan untuk tautan data MMDS pada frekuensi 2,5-2,7 GHz. Ini diberi makan oleh dipol vertikal di bawah reflektor aluminium kecil pada boom. Ini memancarkan gelombang mikro terpolarisasi vertikal.

Reflektor dapat dari lembaran logam, layar logam, atau konstruksi pemanggang kawat, dan dapat berupa "piringan" bundar atau berbagai bentuk lain untuk membuat bentuk pancaran yang berbeda. Layar logam memantulkan gelombang radio serta permukaan logam padat selama lubang lebih kecil dari sepersepuluh dari panjang gelombang, sehingga reflektor layar sering digunakan untuk mengurangi berat dan beban angin pada piringan. Untuk mencapai penguatan maksimum, perlu bahwa bentuk antena harus akurat dalam fraksi kecil dari panjang gelombang, untuk memastikan gelombang dari berbagai bagian antena mencapai fokus dalam fase. Piring besar sering membutuhkan struktur rangka pendukung di belakangnya untuk memberikan kekakuan yang diperlukan.

Karena reflektor parabola logam mengkilap juga dapat memfokuskan sinar matahari, dan sebagian besar piringan dapat memusatkan energi matahari yang cukup pada struktur umpan untuk membuatnya terlalu panas jika mereka diarahkan ke matahari, reflektor padat selalu diberi lapisan cat datar.

Antena pengumpan

Antena pengumpan pada fokus reflektor biasanya merupakan tipe dengan gain rendah seperti dipol setengah gelombang atau lebih sering berupa antena tanduk kecil yang disebut tanduk umpan. Dalam desain yang lebih kompleks, seperti Cassegrain dan Gregorian, reflektor sekunder digunakan untuk mengarahkan energi ke reflektor parabola dari antena umpan yang terletak jauh dari titik fokus primer. Antena umpan dihubungkan ke peralatan transmisi atau penerima frekuensi radio (RF) terkait melalui jalur transmisi kabel koaksial atau Waveguide.

Keuntungan dari antena parabola adalah bahwa sebagian besar struktur antena (semua itu kecuali antena umpan) adalah nonresonan, sehingga dapat berfungsi pada berbagai frekuensi, yaitu bandwidth yang lebar. Semua yang diperlukan untuk mengubah frekuensi operasi adalah mengganti antena umpan dengan yang bekerja pada frekuensi baru. Beberapa antena parabola mengirim atau menerima pada beberapa frekuensi dengan memasang beberapa antena feed pada titik fokus, berdekatan.

Dish parabolic antennas

Piringan relay microwave yang diselimuti pada menara komunikasi di Australia.

Antena televisi satelit, contoh antena parabola offset.

Antena komunikasi satelit Cassegrain di Swedia.

Antena Gregorian offset digunakan dalam Allen Telescope Array, sebuah teleskop radio di University of California Berkeley, AS.

Shaped-beam parabolic antennas

Antena "kulit jeruk" vertikal untuk radar pencari ketinggian militer, Jerman.

Antena parabola silinder awal, 1931, Nauen, Jerman.

Antena radar kontrol lalu lintas udara, dekat Hannover, Jerman.

Antena radar pengawasan bandara ASR-9.

Antena "Kulit jeruk" untuk radar pencarian udara, Finlandia.

Tipe

Jenis utama antena parabola.

Himpunan beberapa tanduk umpan pada antena radar pengawas bandara Jerman untuk mengontrol sudut ketinggian sinar

Reflektor parabola

Sebuah piringan yang ditegakkan di sebuah tiang dan digerakkan dengan motor atau servo dapat dikendalikan dan diputar atau dirotasikan untuk menghadap berbagai posisi satelit yang berada di angkasa. Piringan-piringan antena parabola yang dapat digerakkan sangat digemari. Antena parabola dengan motor yang bisa digerakkan memiliki tiga standar berbeda, yaitu DiSEqC, USALS, dan 36v positioners. Banyak receiver yang dapat mendukung ketiga standar di atas.

Multisatelit

Multisatelit adalah piringan yang dapat menampung sebanyak 16 buah posisi satelit (Ku-band). Beberapa desain memungkinkan beberapa penerimaan sekaligus dari beberapa posisi satelit berbeda tanpa harus mengubah posisi piringan. Sumbu/axis vertikal bekerja sebagai sebuah reflektor Cassegrain off-axis concave parabolic concave hyperbolic. Sumbu/axis horizontal bekerja sebagai concave convex Cassegrain. Titik dari piringan utama bergerak ke piringan sekunder, yang memperbaiki astigmatisme melalui bentuk bengkok/curvature yang bervariasi. Celah yang berbentuk elips yang dimiliki piringan primer didesain untuk menyesuaikan diri dengan iluminasi yang diperkecil oleh horn antena parabola. Karena tumpahan ganda/double spill-over, maka penggunaan piringan besar akan lebih masuk akal.

VSAT

VSAT adalah tipe antena parabola yang paling populer. VSAT adalah singkatan dari very small aperture terminal. Antena parabola jenis VSAT menyediakan komunikasi internet satelit dua arah dan jaringan pribadi untuk berbagai organisasi. Saat ini, sebagian besar VSAT beroperasi di gelombang Ku-band. Hal itu terjadi karena gelombang C-band terbatas hanya untuk beberapa wilayah di dunia. Ada pergerakan yang dilakukan mulai tahun 2005 untuk mendorong adanya satelit Ka-band yang beroperasi di frekuensi lebih tinggi. Jenis satelit tersebut menawarkan kerja yang lebih baik dengan biaya yang lebih rendah. Ukuran antena-antena tersebut bervariasi, dimulai dari antena yang berdiameter 74 hingga 120 cm. Untuk kebanyakan aplikasi, antena parabola VSAT dengan C-band sebesar 4 meter.

model lain

Ada beberapa jenis antena parabola lain yang digunakan, di antaranya:

• Antena parabola individual, yaitu antena parabola yang hanya digunakan untuk satu tempat tinggal. Contohnya Direct to Home (DTH).
• Antena parabola kolektif, yaitu antena parabola yang penggunaannya dibagi ke beberapa tempat tinggal. Contohnya satellite master antenna television (SMAT) dan communal antenna broadcast distribution (CABD).
• Automatic-tracking satellite dish (ATSD). Antena parabola jenis ini adalah antena yang dapat digunakan ketika ditempatkan di sebuah kendaraan yang bergerak, seperti mobil. Ketika kendaraan bergerak, antena parabola akan bergerak mencari gelombang yang dibutuhkan. Proses ini dinamakan automatic tracking. Antena parabola yang menggunakan automatic tracking menggunakan giroskop, sensor GPS, data identifikasi tersendiri untuk satelit, serta dekoder DVB untuk membantu identifikasi satelit yang sedang diarahkan.
• BUD atau big ugly dish adalah antena parabola gelombang C-band. Antena parabola ini adalah antena parabola TVRO yang digunakan untuk menerima sinyal satelit televisi dari satelit tipe FCC dalam gelombang mikro C-band. Diameter big ugly dish sekitar 3.5 meter.

Kelebihan dan kelemahan

Menggunakan antena parabola dan koneksi satelit memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri-sendiri.

Kelebihan menggunakan antena parabola dan koneksi satelit adalah kualitas video dan kualitas audio yang lebih baik jika digunakan untuk menerima siaran dari televisi satelit. Bentuk antena parabola seperti piringan membuat transmisi lebih mudah diterima, sangat cocok untuk menangkap gelombang di tempat-tempat yang jauh dari pusat transmisi. Untuk televisi satelit, antena parabola sangat memudahkan untuk menangkap siaran, bahkan di tempat-tempat yang jauh dibandingkan menggunakan antena televisi biasa.

Kelemahan yang paling memengaruhi antena parabola dan layanan satelit adalah harga yang mahal untuk peralatan yang dibutuhkan. Antena parabola juga tidak bisa langsung membagi saluran jika di dalam satu rumah memiliki dua atau lebih perangkat televisi. Semua televisi di suatu rumah akan menyiarkan program yang sama, karena tidak ada pembagian transmisi. Untuk melakukannya, dibutuhkan peralatan tambahan seperti tuner digital yang dapat membagi transmisi agar televisi berbeda di satu rumah mampu mengakses program yang berbeda. Kelemahan yang juga harus diperhatikan adalah gangguan cuaca. Antena parabola dapat mengalami gangguan dalam menerima transmisi jika cuaca terlalu buruk. Siaran televisi pada antena parabola juga rawan pengacakan, mengingat ada program tertentu yang hanya boleh disiarkan di wilayah negara itu sendiri seperti siaran Piala Dunia FIFA dll, sedangkan beam saluran tersebut mampu meluber ke negara lain.