PENENTUAN FREKUENSI MAKSIMUM KOMUNIKASI RADIO DAN SUDUT ELEVASI ANTENA

Transkripsi

1 Penentuan Frekuensi Maksimum Komunikasi Raio an Suut..(Jiyo) PENENTUAN FREKUENSI MAKSIMUM KOMUNIKASI RADIO DAN SUDUT ELEVASI ANTENA J i y o Peneliti iang Ionosfer an Telekomunikasi, LAPAN ASTRACT In this paper, the calculation of two parameters of HF raio communication were iscusse. That are maximum frequency an elevation angle. y using formulas of calculation, we mae a simulation by using an assumption of Earth raius at equatorial region ( km). The analysis of relationship between that two parameters an iurnal variation of ionosphere, we have 5 conclutions: (1) the maximum frequency of HF communication epen on critical frequency (fof) an height (h) of the ionosphere, an istance () of transmiter-reciever, () in relation to iurnal variation, maximum frequency of HF communication at ay time are higher than its value in the night time, (3) the longer istance of HF communication nee higher value of maximum frequency, (4) the longer istance of HF communication nee higher antenna tower, an (5) night time HF communication more sensitive to the objects in near area an it was nee higher antenna tower. ASTRAK Paa makalah ini ibahas tentang perhitungan ua parameter komunikasi raio HF yakni frekuensi maksimum an suut elevasi. Kemuian engan perumusan tersebut ilakukan simulasi menggunakan asumsi jari-jari bumi i ekuator yaitu 6378,388 kilometer. Dari analisis tentang hubungan antara ua parameter komunikasi raio HF tersebut engan variasi harian lapisan ionosfer, maka isimpulkan hal-hal berikut : (1) frekuensi maksimum komunikasi raio HF bergantung kepaa frekuensi kritis (fof) an ketinggian (h) lapisan ionosfer serta jarak komunikasi (); () karena variasi harian lapisan ionosfer, maka frekuensi maksimum komunikasi raio paa siang hari lebih besar ibaningkan nilainya paa malam hari; (3) untuk komunikasi raio jarak jauh iperlukan frekuensi yang lebih tinggi ibaningkan komunikasi jarak ekat; (4) untuk komunikasi jarak jauh iperlukan tiang antena yang lebih tinggi; (5) komunikasi raio paa malam hari lebih rentan terhaap gangguan oleh obyek i sekitar antena sehingga iperlukan tiang antena yang lebih tinggi. Kata kunci: Frekuensi maksimum, Suut elevasi, Komunikasi raio HF, Ionosfer 1 PENDAHULUAN Perambatan gelombang raio aalah perjalanan gelombang raio ari stasiun pemancar (Tx) menuju stasiun penerima (Rx). Prosesnya aa tiga cara yaitu secara langsung (line of sight), melalui permukaan bumi (groun wave), an melalui angkasa (sky wave). Gelombang raio yang merambat i angkasa apat ipantulkan oleh lapisan ionosfer sehingga menjangkau jarak ribuan kilometer, an bahkan mengelilingi bumi tanpa perangkat pemancar ulang (repeater). Pemantulan oleh lapisan ionosfer bergantung kepaa frekuensi gelombang raio, frekuensi lapisan ionosfer, ketinggian, an jarak antara stasiun pemancar engan stasiun penerima. Pemahaman tentang perambatan/ propagasi gelombang raio i angkasa an pemantulannya oleh lapisan ionosfer menjai penting agar apat iketahui 5

2 Majalah Sains an Teknologi Dirgantara Vol. 4 No. 1 Maret 9:5- rentang frekuensi an waktu pemantulan itu terjai. Selain itu apat pula iketahui perubahan frekuensi maksimum ari gelombang raio yang apat ipantulkan oleh lapisan ionosfer ketika terjai perubahan frekuensi an ketinggian lapisan serja jarak komunikasi. Selanjutnya, jika terjai perubahan frekuensi maksimum komunikasi raio maka apat iambil langkah-langkah untuk mengatisipasi akibatnya. Selain frekuensi maksimum komunikasi raio, informasi tentang suut elevasi juga penting untuk ipahami. Penentuan frekuensi maksimum komunikasi raio apat menggunakan perumusan secant engan mempertimbangkan kelengkungan permukaan bumi. Kelengkungan bumi bergantung kepaa jejarinya. entuk bumi tiak bulat sempurna seperti bola akan tetapi berbentuk bola pejal. Oleh karenanya, jejari bumi i kutub an i ekuator berbea nilainya. Untuk penyeerhanaan, maka paa makalah ini jari-jari bumi yang igunakan aalah jejari bumi aerah ekuator sehingga perumusan ini hanya berlaku untuk aerah tersebut. Tujuan ari pembahasan ini aalah untuk memperoleh pemahaman tentang penentuan frekuensi maksimum komunikasi raio an suut elevasinya serta perubahan keua parameter tersebut ketika frekuensi an ketinggian lapisan tersebut berubah. Dengan pemahaman ini maka apat iketahui pengaruh ari konisi ekstrim i lapisan ionosfer terhaap kinerja komunikasi raio. MENENTUKAN FREKUENSI MAKSIMUM Frekuensi maksimum aalah satu besaran yang sangat penting alam komunikasi HF (3- MHz). Frekuensi maksimum bergantung kepaa ua hal yakni frekuensi kritis paa titik pantul i lapisan ionosfer an geometri ari sirkit komunikasinya (McNamara, 199). Perhatikan skema penjalaran gelombang angkasa paa Gambar -1. esaran yang iketahui aalah jarak i permukaan bumi antara stasiun pemancar (Tx) an penerima (Rx) yaitu, ketinggian lapisan ionosfer h, an jari-jari bumi R. Ketiganya alam satuan kilometer. Rumus frekuensi maksimum gelombang raio yang apat ipantulkan lapisan ionosfer (MOF, Maximum Oblique Frequency) engan frekuensi kritisnya f c an ketinggian h serta jarak lurus antara Tx an Rx aalah sebagai berikut: 1 ( ') ( h h) 4 MOF fc (-1) ( h h) h Gambar -1: Skema pemantulan gelombang raio oleh lapisan ionosfer 6

3 Penentuan Frekuensi Maksimum Komunikasi Raio an Suut..(Jiyo) Nilai f c an h apat iperoleh ari pengamatan ionosfer menggunakan ionosona. Karena tiak semua parameter ruas kanan persamaan (-1) iketahui, maka iturunkan engan menggunakan rumus-rumus paa alinea berikut. Suut 1 (alam raian) apat ihitung menggunakan perbaningan panjang busur ½ engan jejari bumi (R ) sehingga iperoleh rumus berikut: 1 (-) R Kemuian h apat iturunkan ari perumusan cos 1 menggunakan perbaningan ruas R engan ruas (R -h) sehingga iperoleh rumus berikut : h ( 1 cos1)r (-3) Jai engan rumus (-) an (-3) iperoleh : h h) h (1 cos ) R h 1 cos R R (-4) ( 1 Kemuian apat ihitung menggunakan rumus berikut: ' R sin (-5) Dengan emikianmaka rumus (-1) menjai. MOF f c 1 4 R sin h 1 cos R R R h 1cos R R 3 MENGHITUNG SUDUT ELEVASI (-6) Suut elevasi mencakup ua hal sekaligus yakni suut pancar an suut atang. Suut pancar merupakan suut yang ibentuk oleh berkas gelombang raio yang ipancarkan an garis horisontal i stasiun pemancar (Tx). Seangkan suut atang iartikan sebagai suut yang ibentuk oleh berkas gelombang atang engan garis horisontal i stasiun penerima (Rx) (McNamara, 199). Untuk menentukan suut elevasi (elv) maka langkah penurunannya sebagai berikut: Gambar 3-1: Skema suut elevasi Perhatikan Gambar 3-1 yang merupakan cuplikan ari Gambar -1 i titik Tx. Dari skema paa gambar ini, maka iperoleh: elevasi 9 (3-1) atau elevasi 9 (3-) Karena 1 =9- maka iperoleh rumus: elevasi 1 (3-3) Dengan 1 ari persamaan (-) an perumusan tangen maka iperoleh rumus berikut : h 1 cos1 R arctan R sin1 (3-4) Jai perhitungan suut elevasi menjai: h 1 cos elevasi arctan R sin R R R 1 R (3-5) esaran suut elevasi paa rumus (3-5) aalah raian, sehingga untuk aplikasinya perlu iubah menjai erajat. Caranya engan mengalikan nilai suut elevasi engan (18/π). 4 HASIL SIMULASI Simulasi perhitungan MOF menggunakan rumus (-6) menghasilkan grafik paa Gambar 4-1. Untuk sirkit komunikasi raio engan jarak 1 km, 7

4 Majalah Sains an Teknologi Dirgantara Vol. 4 No. 1 Maret 9:5- ketinggian titik pantul i lapisan ionosfer km, an beberapa nilai frekuensi kritis ari 3 MHz hingga 15 MHz ihasilkan grafik MOF paa Gambar 4-1(a). Seangkan grafik paa Gambar 4-1(b) menunjukkan perubahan nilai MOF engan frekuensi kritis tetap (7 MHz) an untuk nilai ketinggian titik pantul ari km hingga 5 km. Kemuian grafik paa Gambar 4-1(c) menunjukkan perubahan MOF terhaap jarak sirkit engan frekuensi kritis 7 MHz an ketinggian titik pantul km. Dalam simulasi ini raius umi iasumsikan untuk wilayah ekuator saja - seperti wilayah Inonesia - sehingga iambil nilainya 6378,388 kilometer (Esiklopeia Inonesia). Gambar 4- menunjukkan perubahan suut elevasi terhaap perubahan jarak an ketinggian titik pantul. Grafik paa Gambar 4-(a) menunjukkan penurunan besaran suut elevasi terhaap pertambahan jarak sirkit komunikasi untuk ketinggian titik pantul km. Seangkan grafik paa Gambar 4-(b) menunjukkan kenaikan besaran suut elevasi sebagai akibat semakin tingginya titik pantul i lapisan ionosfer paa sirkit komunikasi raio engan jarak 1 km. Dengan simulasi tersebut iperoleh informasi perubahan MOF an suut elevasi yang lebih muah ilihat secara visual aripaa menganalisis perubahan variabel paa rumus (-6) an (3-5). Dengan emikian akan mempermuah analisis selanjutnya. MOF (MHz) (a) h =km; =1km f c (MHz) MOF (MHz) (b) =1 km; f c =7 MHz h (Km) MOF (MHz) (c) h = km; f c =7MHz (Km) Gambar 4-1: Variasi frekuensi maksimum (MOF) terhaap perubahan frekuensi kritis lapisan ionosfer (a), terhaap ketinggian (b), an jarak (c) (a) (b) 7 6 h =km; R =6378,388km; 7 6 =1km; R =6378,388km Elevasi (erajat) 5 4 Elevasi (erajat) (Km) h (Km) Gambar 4- : Variasi suut elevasi terhaap perubahan jarak (a) an terhaap ketinggian (b)

5 Penentuan Frekuensi Maksimum Komunikasi Raio an Suut..(Jiyo) 5 PEMAHASAN Telah isebutkan bahwa MOF merupakan salah satu besaran yang penting alam komunikasi raio HF. Oleh karena itu pemahaman tentang perubahannya juga akan menjai penting untuk iketahui. Dari grafik paa Gambar 4-1(a) terlihat bahwa nilai MOF bertambah tinggi seiring bertambah besarnya nilai f c. Jai, apabila terjai kenaikan frekuensi kritis lapisan ionosfer, maka frekuensi maksimum komunikasi juga akan bertambah tinggi. Demikian pula sebaliknya jika terjai penurunan frekuensi kritis. Variasi harian frekuensi kritis lapisan ionosfer Inonesia (Jiyo, 7) menunjukkan bahwa paa pukul waktu setempat nilainya mencapai minimum an kemuian naik relatif cepat paa selang waktu pukul 7. hingga pukul 11. waktu setempat. Paa selang waktu pukul waktu setempat nilai frekuensi kritis relatif tiak berubah. Selanjutnya ari pukul 15. waktu setempat hingga tengah malam terjai penurunan nilai frekuensi kritis secara perlahan-lahan. Sebagai akibatnya maka nilai MOF juga akan mencapai minimum paa pukul waktu setempat, MOF akan berubah engan cepat paa selang waktu pukul waktu setempat, MOF relatif stabil paa pukul waktu setempat, kemuian MOF akan menurun perlahan-lahan hingga tengah malam. Kemuian grafik paa Gambar 4-1(b) menunjukkan bahwa nilai MOF menurun seiring bertambahnya ketinggian titik pantul. Ketinggian lapisan ionosferkhususnya lapisan F paa siang hari relatif lebih tinggi ibaningkan nilainya paa malam hari (misalnya Jiyo, 8). Sebagai ampaknya aalah jika nilai frekuensi kritis tetap maka MOF paa siang hari lebih renah ibaningkan paa malam hari. Paa kenyataannya justru paa malam hari cenerung terjai penurunan nilai fc maupun h sehingga akan menurunkan an sekaligus menaikkan nilai MOF. Yang terjai justru MOF siang hari lebih tinggi ibaningkan paa malam hari. Hal ini menunjukkan bahwa pengaruh faktor f c paa persamaan -7 lebih kuat ibaningkan h. Selanjutnya grafik paa Gambar 4-1(c) memperlihatkan kenaikan MOF terhaap pertambahan jarak antara pemancar engan penerima (). Semakin jauh lokasi stasiun penerima maka semakin tinggi nilai MOF-nya. Ini pemahaman engan mengabaikan faktor fc an h. Jika ketiga faktor f c, h, an secara serentak iperhitungkan maka pembahasannya seikit lebih kompleks sehingga paa pembahasan ini akan itinjau secara lebih seerhana an umum. Paa siang hari umumnya nilai MOF lebih tinggi ibaningkan nilainya paa malam hari. Kemuian nilai MOF untuk sirkit komunikasi jarak jauh lebih tinggi ibaningkan untuk komunikasi jarak ekat. Dengan emikian untuk komunikasi raio jarak jauh iperlukan frekuensi yang lebih tinggi ibaningkan komunikasi jarak ekat. Grafik paa Gambar 4-(a) menunjukkan bahwa semakin jauh jarak komunikasi, maka suut elevasinya semakin kecil. Seangkan grafik Gambar 4-(b) memperlihatkan kenaikan suut elevasi terhaap kenaikan ketinggian. Komunikasi raio jarak ekat suut elevasinya besar sehingga ketinggian antena tiak harus tinggi. Sebaliknya untuk komunikasi jarak jauh iperlukan tiang antena yang cukup tinggi. Jika terlalu renah, maka objek yang aa i sekitar antena akan menghalangi berkas gelombang yang seharusnya mencapai stasiun penerima. Suut elevasi yang kecil artinya berkas gelombang hampir sejajar engan permukaan bumi i sekitar antena sehingga terjai kemungkinan gelombang yang ipancarkan paa suut tersebut merambat i sepanjang permukaan bumi (groun wave). Jika terjai konisi seperti ini maka kemungkinan gelombang raio tiak bisa menjangkau 9

6 Majalah Sains an Teknologi Dirgantara Vol. 4 No. 1 Maret 9:5- stasiun yang ituju karena terserap oleh permukaan bumi. Selanjutnya, telah isebutkan bahwa secara umum nilai h paa malam hari lebih renah aripaa nilainya paa siang hari. erasarkan grafik paa Gambar 4-(b), maka suut elevasi paa malam hari lebih kecil ibaningkan siang hari. Ini memberikan implikasi bahwa komunikasi malam hari iperlukan tiang antena yang lebih tinggi untuk meningkatkan keberhasilannya. Hal ini juga memperlihatkan bahwa kemungkinan gangguan komunikasi oleh objek i sekitar antena akan lebih besar terjai paa malam hari. Seangkan paa siang hari relatif lebih kecil. Pemahaman ini isimpulkan ari analisis perilaku lapisan ionosfer an perumusan untuk menentukan besarnya frekuensi maksimum. Pembuktian i lapangan iperlukan untuk mengkonfirmasikan hasil-hasil tersebut. 6 KESIMPULAN Dari pembahasan i bab 5 maka apat isimpulkan hal-hal berikut : Frekuensi maksimum komunikasi raio HF bergantung kepaa frekuensi kritis (fof) an ketinggian (h) lapisan ionosfer serta jarak komunikasi (), Karena frekuensi kritis lapisan ionosfer paa siang hari lebih tinggi ibaningkan nilainya paa malam hari, maka frekuensi maksimum komunikasi raio paa siang hari juga lebih tinggi ibaningkan nilainya paa malam hari, Untuk komunikasi raio jarak jauh iperlukan frekuensi yang lebih tinggi ibaningkan komunikasi jarak ekat, Untuk komunikasi jarak jauh iperlukan tiang antena yang lebih tinggi, Komunikasi raio paa malam hari lebih rentan terhaap gangguan oleh objek i sekitar antena sehingga iperlukan tiang antena yang lebih tinggi. DAFTAR RUJUKAN ----, Ensiklopeia Inonesia, Eisi Khusus, P.T. Ichtiar aru Van Hove, Jakarta, halaman 543. Jiyo, 7. Variasi Lapisan F Ionosfer Inonesia, Publikasi Ilmiah LAPAN: Sains Atmosfer & Iklim, Sains Antariksa serta Pemanfaatannya, halaman Jiyo, 8. Metoe Pembacaan Data Ionosfer Hasil Pengamatan Menggunakan Ionosona FMCW, erita Dirgantara, Vol. 9 No., halaman 5-. McNamara, L. F., 199. The Ionosophere : Cummunications, Surveillance, an Direction Fining, Kreiger Publishing Company, halaman 4-43.