Antena dan Propagsi Gelombang

Transkripsi

1 Antena dan Propagsi Gelombang

2 GELOMBANG RADIO & TELEKOMUNIKASI Sejarah telekomunikasi listrik : 1873 Maxwell (C), 1880 H.R Herz (T.I Karlsruhe,lab.), 1901 Marconi (lapangan), 1931 Faraday (L),1938 SFB Morse hubungan telegrap 16 km. Sekarang : 1. telepon, radio & TV sehari-hari 2. jaringan global komunikasi suara, gambar, tulisan, data/komputer 3. penelitian & pertahanan : radar, telemetri, computer & communication beserta jaringannya 1.1 Elemen Sistem Komunikasi Fungsi dasar sistem komunikasi sama : - transmisi/pengiriman informasi - tiap macam sistem mempunyai kekhususan sendiri. Definisi komunikasi : Proses pemindahan/penyaluran informasi dari suatu titik dalam ruang pada waktu tertentu (titik sumber) ke titik lain yang merupakan tujuan atau pemakai. Message merupakan salah satu manifestasi (bentuk fisik) informasi Sumber informasi : orang, alat musik, mesin messagenya huruf, tekanan udara fungsi waktu, cahaya yang berubah-ubah, dll. Tujuan komunikasi : menyediakan replika message pada tempat tujuan. Transduser : mengubah message menjadi sinyal listrik atau sebaliknya, f(t) ke i(t) 1. transduser input (TI) 2. transduser output (TO)

3 Elemen komunikasi Elemen sistem komunikasi menurut fungsinya, dalam hardware mungkin susah dipisahkan. SI T I T x CH R x T O T T message input sinyal input sinyal yg ditransmisikan redaman derau interferensi distorsi sinyal input Gambar 1-1 Elemen sistem komunikasi Pemancar Tx : mengkopel message dalam bentuk sinyal yang ditransmisikan ke kanal transmisi. Signal prosesing untuk transmisi yang efektif dan efisien antara lain modulasi, penyesuaian sinyal dengan sifat-sifat kanal transmisi. Kanal transmisi : Sebagai penyambung listrik antara Tx - Rx sekaligus menjembatani sumber informasi (SI) dan tempat tujuan (TT). Contoh kanal transmisi : kabel coax, 2 kawat, waveguide, berkas laser, gelombang radio dll. Sifat utama : meredam, umumnya sangat besar. sinyal output Penerima Rx : mengambil sebagian kecil sinyal dari kanal transmisi, memproses dan meneruskannya ke transduser output. Proses utama : demodulasi/deteksi, juga penguatan karena sinyal pada umumnya sangat kecil. message output

4 Redaman dan derau Dalam perjalanan sinyal dari SI ke TT terjadi perubahan dan pengaruh yang tidak dikehendaki: 1. redaman mudah diatasi dengan penguatan 2. distorsi - perubahan amplituda, frekuensi & fasa - pada sinyal ada distorsi, tidak ada sinyal distorsi hilang. - ditoleransikan sampai batas tertentu, hubungan dengan peralatan/kompensasi - disebabkan oleh respon sistem yang tidak sempurna terhadap sinyal. 3. interferensi - gangguan yang disebabkan oleh sinyal di luar sinyal yang diinginkan, biasanya buatan manusia - gangguan yang serupa dengan sinyal - diatasi dengan menghilangkan sinyal interferensi/sumbernya. 4. derau - gangguan yang tak mungkin dihilangkan walaupun secara teoritis - sinyal sebarang dan tak teramalkan yang bersumber dari sebab alamiah - informasi dapat tertutup oleh derau - sinyal harus > derau. S/N > 40 db, 10 e-9 Pe 10 e-3

5 Telekomunikasi radio Telekomunikasi Radio Saluran transmisi antara Tx - Rx dapat berbentuk fisik atau non fisik (vakum, ruang bebas). Pada komunikasi radio gelombang EM dilepaskan ke ruang bebas oleh antena. Ruang bebas dapat berisi atmosfir bumi dan terhadap gelombang elektromagnetik terjadi : 1. pembiasan/pembelokan 2. pantulan, pembelokan dengan sudut datang = sudut pantul 3. hamburan atau penyebaran ke mana-mana 4. penyerapan sebagian /absorpsi Antena saluran transmisi non fisik Antena saluran transmisi fisik T x R x pemancar penerima Gambar 1-2 Sistem Komunikasi Radio

6 Telekomunikasi radio Tx : menghasilkan daya RF saluran transmisi antena dipancarkan ke segala arah Rx : mengambil sebagian kecil daya gelombang elektromagnetik dari pemancar yang ada di ruang bebas melalui antena saluran transmisi Rx diproses. Penerimaan daya oleh antena sekitar 10-8 watt merupakan daya yang besar & mudah diproses. Efisiensi transfer daya hampir sama dengan nol. Efisiensi komunikasi informasi yang diterima kalau replika diterima sempurna sepanjang waktu efisiensi 100 %. Reliabilitas dalam praktek %. Kualitas penerimaan informasi : S/N (analog) atau BER : Bit Error Rate (digital).

7 Spektrum Frekuensi dan Perambatan Gelombang Kelakuan gelombang elektromagnetik antara Tx = Rx tunduk kepada hukum-hukum fisika yang tak dapat diatur atau kuasai. Salah satu parameter yang mempengaruhi frekuensi dengan pembagian sebagai berikut (alokasi frekuensi): f /Hz λ 10-6 m Nama media transmisi pemakaian Ultraviolet percobaan-percobaan kom. tampak Serat optik Sinar laser multi kanal TV, data, dsb. inframerah 1000 T 100 T 3000 G 100 µm 300 G 1 mm gelombang Saluran 30 G 1 cm EHF mm gelombang super high freg. radio 3 G 10 cm SHF (waveguide) ultra high freq. U H F 300 M 1 m very high freq. VHF kabel 30 M 10 m high frequency koaksial 3 M 100 m HF medium freq. 0.3 M 1 km MF lower frequency 30 k LF 10 km sepasang very low freq. kawat 3 k 100 km VLF audio frequency Mm A F Mm ELF I. T. U C C I R C C I T T : : : radio microwave radio gelombang pendek radio gelombang panjang International Telecommunication Union G Comite Consultatif International de Radiocommunication International Telegraph & Telephone Consultative Committee percoban-percobaan 1 mm Ka navigasi K satelit-satelit KU C X rele microwave satelit - bumi S L radar 30 cm radiosound T V U H F mobile, aeronautika TV VHF, FM radio mobile komersial amateur international. DF, CB broadcast AM aeronautika kabel laut navigasi, radio beacon, radio samudera PLC, kom. kapal selam sonar telepon telegrap 100 G 10 G 1 G 100 M 10 M 1 M 100 k

8 Proses propagasi Spesifikasi dapat ditentukan / disesuaikan, dikuasai sepenuhnya. Dapat dikontrol - Tx (mod) - Rx (demod) - Antena - Frekuensi - dll. Tak dapat dikontrol : - perambatan gelombang - parameter lain menyesuaikan diri - diharapkan prediksi yang tepat - probabilitas, tak dapat dikuasai sepenuhnya. Penelitian/pengukuran untuk prediksi & penyesuaian : - pemilihan frekuensi - pengukuran sifat atmosfir bumi penyerapan pembiasan redaman pemantulan fading hamburan - pengukuran sifat perambatan bumi konduktivitas permeabilitas redaman permitivitas - penyebaran redaman lintasan

9 Proses propagasi Proses propagasi gelombang dapat dianalisis menggunakan gabungan dari dua macam pendekatan yaitu: - empiris, (sempit) - pengembangan teori (hukum-hukum fisika) sulit. Mekanisme perambatan gelombang antara Tx - Rx merupakan gabungan macam-macam perambatan, tapi selalu ada yang dominan sebagai berikut : a. Gelombang permukaan bumi, ground wave E P H b. Gelombang langit, sky wave (a) ground wave, f < 3 MHz Ionosfir T x Rx (b) sky wave

10 Proses propagasi c. Gelombang ruang, space wave f > 30 MHz d : dekat/ sedang = 50 km fading d. Gelombang langsung, direct wave satelit Bumi f 1 f2 d >> f > 30 MHz umumnya GHz e. Hamburan troposfir, tropo scatter f > 30 MHz d : jarak kom. dekat

11 Karakteristik antena f. Gabungan / kombinasi dari dua atau lebih macam propagasi di atas. Misalnya : ground wave & sky wave pada standard broadcast (primary & secondary services). Tropo scatter dan difraksi. g. Lain2 seperti : komunikasi dengan meteor burst, hamburan ionosfir pantulan satelit, bulan dll. 1.2 Definisi-definisi & karakteristik antena Antena digunakan dalam komunikasi radio sebagai : a). pelepas energi elektromagnetik ke udara/ruang bebas sehingga berlaku sebagai pemancar atau sumber gelombang elektromagnetik. b). penerima energi elektromagnetik dari ruang bebas. Contoh sehari-hari : R DE D 1 D 2 D 3 D 4

12 Macam-macam antena Macam-macam antena : Antena kawat dipole helix Loop nx whip Beverage dll.

13 Macam-macam antena Antena apertur : terutama untuk pesawat terbang & pesawat ruang angkasa. Corong piramid corong kerucut Bumbung gelombang terbuka celah pada dinding tabung, dll

14 Antena susunan pemantul Feed Feed Macam-macam antena pemantul 2 pemantul 1 pemantul feed Antena pemantul

15 Macam-macam antena Antena apertur : terutama untuk pesawat terbang & pesawat ruang angkasa. Corong piramid corong kerucut Bumbung gelombang terbuka celah pd dinding tabung, dll

16 1.3 Definisi & konsep Gel. bebas T X sal. transmisi (gelombang terbimbing) R X sal. transmisi (gelombang terbimbing) Gambar 1-6 Elemen sistem komunikasi radio a. Antena : transformator antara gelombang terbimbing dengan gelombang bebas atau sebaliknya. : struktur transisi antara gelombang terbimbing dan gelombang bebas. b. Saluran transmisi : alat untuk membimbing energi gelombang EM dari suatu titik ke titik lain. Syarat : - redaman minimum - rugi-rugi panas << - rugi-rugi pancaran <<

17 Konsep antena - tidak menyebar, mengikuti saluran transmisi satu dimensi. Contoh : 2 kawat, wave guide, kabel dll. c. Resonator:alat yang menunjukkan adanya gelombang berdiri/ada konsentrasi energi medan listrik & magnet, faktor Q = daya yang tersimpan/daya masuk atau keluar cavity resonator. C L Cavity stub saluran dihubung singkat

18 Konsep antena saluran transmisi antena P 0 P 1 P 2 resonator Fungsi utama mendefinisikan alat mana yang paling dominan. Gelombang radio di udara mempunyai panjang gelombang ribuan km sampai mm terus sampai di daerah ultra violet. d. panjang gelombang : λ m = 300 = f MHz v f phasa MHz λ ' m = λ 0 ε r

19 Daerah antena 2 L R 2 = R 1 λ 2 Z 0 L d. antena 2Z L 2Z L Z 1 Z 0 Z L d. Freshnel d. interferensi d. medan dekat d. Fraunhafer d. medan jauh ( b ) Z 0 ( c ) ( a ) (a) daerah antena ( b, c ) ekivalensi antena Gambar 1-8 Daerah pengaruh antena Daerah antena: d. antena d. Freshnel Benda-benda di daerah ini berpengaruh terhadap sifat-sifat antena dan medan EM belum transversal penuh d. Fraunhofer : benda-benda di daerah ini tidak mempengaruhi antena, medan EM transversal lebar bidang frekuensi/bandwidth antena ditentukan oleh : - bentuk fisik perubahan perlahan-lahan B > > - transformasi impedansi definisi : daerah frekuensi dimana SWR harga tertentu 1.1, 1.35, 1.5 dan 2

20 Parameter antena Gambar 1-9 Antena seimbang atau balans d D D D = d const B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 Gambar 1-10 Antena tidak seimbang atau unbalans d D h D = const. d B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 L = dalam praktek dibuat dengan cara L >> λ.

21

22

23

24