BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Penelitian Terdahulu Pada penelitian terdahulu, rangkaian receiver dan transmitter dibuat dengan prinsip kerjanya menggunakan pantulan gelombang. Penggunaannya, rangkaian transmitter di tempatkan di luar air dan rangkaian trasnmitter di dalam air. Lampu Led disertakan pada kedua rangkaian tersebut. Apabila kedua rangkaian berfungsi, lampu Led akan menyala dan akan terdengan suara dari transducer Landasan Teori Gelombang Radio Frekuensi Radio adalah teknologi yang digunakan untuk pengiriman sinyal dengan cara modulasi dan radiasi elektromagnetik (gelombang elektromagnetik). Gelombang ini melintas dan merambat lewat udara dan bisa juga merambat lewat ruang angkasa yang hampa udara, karena gelombang ini tidak memerlukan medium pengangkut (seperti molekul udara). Gelombang radio adalah satu bentuk dari radiasi elektromagnetik, dan terbentuk ketika objek bermuatan listrik dimodulasi (dinaikkan frekuensinya) pada frekuensi yang terdapat dalam frekuensi gelombang radio (RF) dalam suatu 5

2 6 spektrum elektromagnetik, dan radiasi elektromagnetiknya bergerak dengan cara osilasi elektrik maupun magnetik. Berikut ini merupakan beberapa perilaku gelombang radio yang dapat digunakan dalam merencanakan instalasi jaringan nirkabel(onno dkk, 2008), yaitu : a. Semakin panjang gelombang, semakin jauh gelombang radio merambat. Untuk daya pancar yang sama, gelombang dengan panjang gelombang yang lebih panjang cendrung untuk dapat menjalar lebih jauh daripada gelombang dengan panjang gelombang pendek. Efek ini kadang kala terlhat di radio FM, jika di bandingkan jarak pancar pemancar FM diwilayah 88 MHz dengan wilayah 108 MHz. b. Semakin panjang gelombang, semakin mudah gelombang melalui atau mengitari penghalang. Sebagai contoh, radio FM ( MHz) dapat menembus bangunan atau berbagai halangan dengan lebih mudah. Sementara yang gelombangnya lebih rendah, seperti handphone GSM yang bekerja pada 900 MHz atau 1800 MHz akan lebih sukar untuk menembus bangunan. Memang efek ini sebagian karena perbedaan daya pancar yang digunakan di radio FM dengan GSM, tapi juga sebagian karena pendeknya panjang gelombang di sinyal GSM.

3 7 c. Semakin pendek panjang gelombang, semakin banyak data yang dapat dikirim. Semakin cepat gelombang berayun atau bergetar, semakin banyak informasi yang dapat dibawa setiap getaran atau ayunan digunakan untuk mengirimkan bit digital 0 atau 1, ya atau tidak. Ada sebuah prinsip yang dapat dilihat di semua jenis gelombang dan amat sangat berguna untuk mengerti proses perambatan gelombang radio. Prinsip tersebut dikenal sebagai Prinsip Huygens, yang diambil dari nama Christiaan Huygens, seorang matematikawan, fisikawan dan astronomer Belanda Prinsip Huygens adalah metoda analisis yang digunakan untuk masalah perambatan atau propagasi gelombang dibatasan medan jauh (far field). Prinsip Huygens memahami bahwa setiap titik dalam gelombang berjalan adalah pusat dari perubahan yang baru dan sumber dari gelombang yang lain, dan gelombang berjalan secara umum dapat dilihat sebagai penjumlahan dari gelombang yang muncul pada media yang bergerak. Cara pandang perambatan atau propagasi gelombang yang demikian sangat membantu dalam memahami berbagai fenomena gelombang lainnya, seperti difraksi. Prinsip ini membantu untuk mengerti difraksi maupun zone

4 8 Fresnel yang dibutuhkan untuk line of sight (LOS) maupun kenyataan bahwa kadang-kadang kita dapat mengatasi wilayah tidak line of sight. 1. Absorsi / Penyerapan Pada saat gelombang elektromagnetik menabrak sesuatu material, biasanya gelombang akan menjadi lemah atau teredam. Banyak daya yang hilang akan sangat tergantung pada frekuensi yang digunakan dan tentunya material yang ditabrak. Untuk gelombang microwave, ada dua material utama yang menjadi penyerap, yaitu : b) Metal Elektron bergerak beebas di metal dan siap untuk berayun oleh karenanya akan menyerap energy dari gelombang yang lewat. c) Air Gelombang microwave akan menyebabkan molekul air bergetar, yang pada prosesnya akan mengambil sebagian energi gelombang. Untuk kepentingan pembuatan jaringan nirkabel secara praktis, penulis akan melihat metal dan air sebagai penyerap gelombang yang baik. Lapisan air merupakan penghalang gelombang microwave, kira-kira sama dengan tembok pada cahaya. Air mempunyai banyak dampak yang besar dan dalam banyak kesempatan perubahan

5 9 cuaca sangat mungkin untuk membuat sambungan jaringan nirkabel menjadi putus. Ada material lain yang mempunyai efek yang lebih kompleks terhadap penyerapan gelombang radio, yaitu pohon dan kayu. Banyaknya penyerapan sangat tergantung pada jumlah air yang ada pada material yamg terkena gelombang microwave. 1. Refleksi / Pantulan Gelombang radio juga akan terpantul jika gelombang tersebut bersentuhan dengan material yang cocok untuk itu. Untuk gelombang radio, sumber tama dari pantulan adalah metal dan permukaan air. Aturan terjadinya pantulan cukup sederhana, sudut masuknya gelombang ke permukaan akan sama dengan sudut sinyal di pantulkan. Dalam pandangan gelombang radio sebuah terali besi atau sekumpulan tiang besi yang rapat sama dengan sebuah permukaan yang padat, selama jarak antar tiang lebih kecil dari panjang gelombang radio-nya.(onno dkk, 2008)

6 10 Gambar 2.1 Pantulan dari gelombang radio. Sudut masuk gelombang akan sama dengan sudut dari pantulan. Sebuah bentuk parabolik akan menggunakan efek ini untuk mengkonsentrasikan gelombang radio yang tersebar dipermukaannya menuju satu tujuan.( Onno dkk, 2008) Propagasi Gelombang Radio Propagasi Gelombang Radio merupakan proses perambatan gelombang radio mulai saat dipancarkan dari pemancar radio hingga sampai pada penerima. Media perambatan atau biasaa juga disebut saluran transmisi gelombang dapat berupa fisik yaitu sepasang kawat konduktor, kabel koaksial dan berupa non fisik yaitu gelombang radio atau sinar laser. Pada Gambar 1 merupakan gambaran singkat tentang propagasi gelombang (J, Herman, 1986: 1.4).

7 11 Gambar 2.2 Propagasi Gelombang Gelombang radio yang terpancar dari pemancar sampai dapat diterima pada stasiun penerima dapat melalui beberapa metode, antara lain : 1. Terpantul balik oleh bumi (Ground Waves) 2. Terpantul balik oleh lapisan ion atau ionosfir (Sky Waves) 3. Secara Langsung (Line of Sight / Surface Wave) 1. Gelombang Bumi (Ground Wave) Gelombang bumi merupakan gelombag radio yang perambatannya merupakan hasil pantulan oleh permukaan bumi. Gelombang permukaan bumi berpolarisasi vertikal, karena setiap komponen horisontalnya akan dihubung singkat oleh permukaan bumi. Daerah frekuensi utama gelombang ini adalah 30 khz 3 MHz yaitu band MF dan LF dan konfigurasi medannya terlihat seperti pada gambar. Perubahan kadar air mempunyai pengaruh yang besar terhadap gelombang tanah. Redaman gelombang tanah

8 12 berbanding lurus terhadap impedansi permukaan tanah. Impedansi ini merupakan fungsi dari konduktivitas dan frekuensi. Jika bumi mempunyai konduktivitas yang tinggi, maka redaman (penyerapan energi gelombang) akan berkurang. Dengan demikian, propagasi gelombang tanah di atas air, terutama air garam (air laut) jauh lebih baik dari pada di tanah kering (berkonduktivitas rendah), seperti padang pasir. Rugi-rugi (redaman) tanah akan meningkat dengan cepat dengan semakin besarnya frekuensi. Karena alasan tersebut, gelombang tanah sangat tidak efektif pada frekuensi di atas 2 MHz. Gambar 2.3 Perambatan Gelombang permukaan bumi Propagasi gelombang radio ini biasa digunakan untuk komunikasi pantai. Pemanfaatan gelombang bumi dalam teknik komunikasi, kuat medan di stasiun penerima akan ditentukan oleh : 1. Daya pancar dari pemancar 2. Karakteristik antena pancar 3. Frekuensi operasinya 4. Pemantulan yang terjadi pada permukaan bumi

9 13 5. Kondisi meteorologi (suhu, humiditas, cuaca, dll) 6. Karakteristik dari medan penghantar 2. Gelombang Langit (Sky Waves) Propagasi gelombang radio pada gelombang langit sangat dipengaruhi oleh kondisi atmosfir di atas permukaan bumi. Atmosfir di atas bumi terbagi dalam beberapa lapisan, yaitu ; a. Troposfir : adalah bagian atmosfir bumi yang membentang dari permukaan bumi hingga ketinggian sekitar 11 Km. b. Stratosfir : adalah atmosfir bumi yang berada di ketinggian sekitar 11 Km s/d 50 Km. c. Ionosfir : adalah lapisan atmosfir yang berada pada ketinggian di atas 50 Km dari permukaan bumi. Pada lapisan ionosfir inilah terdapat gas-gas yang secara terus-menerus terkena sinar matahari dan membentuk lapisan ion yang dapat memantulkan gelombang radio. Ionosfir tersusun dari 3 (tiga) lapisan, mulai dari yang terbawah yang disebut dengan lapisan D, E dan F. Sedangkan lapisan F dibagi menjadi dua, yaitu lapisan F1 dan F2 (yang lebih atas), seperti Gambar 12.

10 14 Gambar 2.4 Lapisan ionosfir Untuk lebih jelasnya tentang fenomena masing-masing lapisan pada ionosfir klik tombol nama-nama lapisan ionosfir. 1) Lapisan D terletak sekitar 40 km 90 km. Ionisasi di lapisan D sangat rendah, karena lapisan ini adalah daerah yang paling jauh dari matahari. Lapisan ini mampu membiaskan gelombanggelombang yang berfrekuensi rendah. Frekuensifrekuensi yang tinggi, terus dilewatkan tetapi mengalami redaman. Setelah matahari terbenam, lapisan ini segera menghilang karena ion-ionnya dengan cepat bergabung kembali menjadi molekulmolekul. 2) Lapisan E terletak sekitar 90 km 150 km. Lapisan ini, dikenal juga dengan lapisan Kenelly Heaviside, karena orang-orang inilah yang pertama kali menyebutkan keberadaan lapisan E

11 15 ini. Setelah matahari terbenam, pada lapisan ini juga terjadi penggabungan ion-ion menjadi molekul-molekul, tetapi kecepatan penggabungannya lebih rendah dibandingkan dengan lapisan D, dan baru bergabung seluruhnya pada tengah malam. Lapisan ini mampu membiaskan gelombang dengan frekuensi lebih tinggi dari gelombang yang bisa dibiaskan lapisan D. Dalam praktek, lapisan E mampu membiaskan gelombang hingga frekuensi 20 MHz. 3) Lapisan F terdapat pada ketinggian sekitar 150 km 400 km. Selama siang hari, lapisan F terpecah menjadi dua, yaitu lapisan F1 dan F2. Level ionisasi pada lapisan ini sedemikian tinggi dan berubah dengan cepat se iring dengan pergantian siang dan malam. Pada siang hari, bagian atmosfir yang paling dekat dengan matahari mengalami ionisasi yang paling hebat. Karena atmosfir di daerah ini sangat renggang, maka penggabungan kembali ion-ion menjadi molekul terjadi sangat lambat (setelah terbenam matahari). Karena itu, lapisan ini terionisasi relatif konstan setiap saat. Lapisan F bermanfaat sekali untuk transmisi jarak jauh pada frekuensi tinggi dan mampu

12 16 membiaskan gelombang pada frekuensi hingga 30 MHz. 3. Propagasi Line of Sight (LOS) Propagasi gelombang pada frekuensi diatas 30 MHz memanfaatkan gelombang langsung dan gelombang pantul oleh permukaan bumi. Pada Gambar 8 berikut ini adalah gambaran dari propagasi Line of Sight (LOS). Gambar 2.5 Daerah Freshnel di sekitar lintasan langsung Pada propagasi LOS terdapat daerah yang harus dan wajib terhindar dari halangan, daerah itu disebut dengan daerah fresnel (fresnel zone). Seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini. Gambar 2.6 Pemetaan daerah-daerah Freshnel

13 17 Berdasarkan Gambar 6 dan keterangan di atas, F 1 disebut sebagai radius daerah Freshnel pertama, yang dirumuskan dengan (Aswoyo, 2006: 101) : Difraksi Difraksi adalah lenturan yaitu peristiwa pematahan gelombang oleh celah sempit sebagai penghalang.(onno dkk,2008) Difraksi dapat membuat sinyal radio mampu merambat melalui kelengkungan bumi, melewati horizon dan merambat dibelakang halangan. Difraksi akan tampak seperti pembelokan dari gelombang pada saat menabrak sebuah onjek, hal ini merupakan efek dari sifat gelombang. Jika kita melihat barisan gelombang yang mungkin saja berupa gelombang elektromagnetik sebagai sinar yang lurus, akan susah untuk menerangkan bagaimana caranya mencapai titiktitik yang tersembunyi dibalik penghalang. Dengan model barisan gelombang maka fenomena ini menjadi masuk akal.

14 18 Gambar 2.7 Difraksi melalui celah sempit (Onno dkk,2008) Prinsip Huygens memberikan sebuah model untuk mengerti prilaku ini. Pada gelombang microwave, dimana panjang gelombangnya beberapa centimeter, akan menampakan efek difraksi saat gelombang menabrak tembok, puncak gunung, dan berbagai halangan lainnya. Efek ini akan tampak seperti penghalang akan menyebabkan gelombang mengubah arahnya dan mengitari sisi atau pojokan penghalang. Gambar 2.8 Difraksi Melalui Puncak Gunung (Onno dkk,2008) Pada dasarnya efek difraksi akan membebani daya, energy dari gelombang yang terdifraksi akan sangat jauh lebih kecil dari barisan gelombangnya.

15 Interferensi Untuk memahami sebuah gelombang, satu tambah satu belum tentu sama dengan dua. Hasilnya kadang- kadang bisa saja menjadi nol. Gambar Interferensi Konstruktif dan Destruktif (Onno dkk,2008) Untuk pemahaman dari gambar diatas, bayangkan jika kita menggambar dua (2) gelombang sinus dan menjumlahkan amplitudanya. Pada saat puncak bertemu dengan puncak, maka kita akan memperoleh hasil yang maksimum (1+1=2). Hal ini disebut interferensi konstruktif. Akan tetapi jika puncak bertemu dengan lembah, maka hasil yang diperoleh adalah penghilangan dari sinyal ((1+(-)1=0). Hal ini disebut interferensi destruktif. Dalam teknologi jaringan nirkabel, istilah interferensi biasanyaa digunakan untuk hal yang lebih luas, untuk gangguan dari sumber radio frekuensi seprti dari kanal tetangga. Jadi interferensi dalam jaringan nirkabel adalah sebuah gangguan yang dapat mengganggu kualitas sinyal.(onno dkk, 2008)