TEKNIK SALURAN TRANSMISI O LEH : H ASANAH P UTRI

Transkripsi

1 TEKNK SAURAN TRANSMS KO NSEP DASAR SA URAN TR ANSMS O EH : H ASANAH P UTR

2 Aplikasi Saluran Transmisi

3 Dasar Saluran Transmisi Saluran transmisi didefinisikan sebagai media dalam menyalurkan energi elektromagnetik dari satu titik ke titik lain. Saluran transmisi dapat berupa kabel coaxial kabel sejajar serat optik infra red bluetooth waveguide dan gelombang radio. Macam-macam saluran transmisi umumnya ditentukan dari daerah frekuensi operasi kapasitas daya yang disalurkan maupun redaman saluran per meter. Disini karakteristik saluran transmisi diturunkan atas dasar analogi dengan gelombang datar dalam medium. Saluran transmisi dikatakan uniform jika distribusi penampang medan listrik dan medan magnetnya tampak sama pada tiap titik sepanjang saluran transmisi tersebut. Dalam hal ini sebagaimana pada gelombang datar uniform keadaan tersebut memerlukan karakteristik medium dielektrik yang uniform sepanjang saluran transmisi. Contoh aplikasi saluran transmisi adalah : kabel PN kabel penghubung antara sentral yang bisa berupa serat optik kabel coaxial strip line maupun twisted pair.

4 Teori Saluran Transmisi Electrical Power Transmission ine Power Frequency f 6 H Wavelength l is 5 6 m Example length : 3 Km Power Plant Consumer Home

5 Teori Saluran Transmisi PC Transmission ine Signal Frequency f is 5 H approaching GH Wavelength l is.5 cm.6 inches Stripline Copper Trace PCB substrate Microstrip W Cross Section of Above PCB ntegrated Circuit Stripline T Cross section view taken here ia FR4 Dielectric Micro- Strip Signal microstrip T Copper Plane Ground/Power Signal stripline Signal stripline Ground/Power Signal microstrip W

6 Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Konstanta primer saluran : R G C Konstanta sekunder saluran : Konstanta propagasi mpedansi karaketristik Kecepatan fasa ph Kecepatan group g

7 Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Resistansi seri R ohm/meter nduktansi seri henry/meter Konduktansi G mho/meter Kapasitansi C farad/meter Konstanta-konstanta primer tersebut sudah memperhitungkan saluran-saluran pergi dan kembali. Konstanta-konstanta primer ini konstan dalam arti tidak berubah dengan tegangan dan arus. Tetapi sampai batasbatas tertentu yaitu tergantung pada frekuensi.

8 Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Suatu karakteristik saluran yang paling berguna dalam praktek adalah mpedansi Karakteristik yang pada frekuensi-frekuensi tinggi ditentukan oleh induktansi seri dan kapasitansi shunt. Untuk saluran dua-kawat dengan penghantar-penghantar yang ditempatkan dalam suatu medium dengan permitivitas dan permeabilitas dan dengan dimensi-dimensi saluran dalam meter induktansi primer dan kapasitansi per satuan panjang.

9 Hiburan. Carilah persamaan untuk konstanta primer dari beberapa jenis saluran transmisi! saluran dua kawat kabel serat optik kabel coaxial dan waveguide. Faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya nilai konstanta primer dari suatu jenis saluran transmisi?

10 8686 db Np per satuan panjang Farad/m Kapasitansi per satuan panjang mho/m atau s/m Konduktansi per satuan panjang H/m nduktansi per satuan panjang Ohm/m Resistansi mpedansi karakteristik saluran konstanta fasa rad/km konstanta redaman Np/km; Konstanta propagasi saluran C G R jx R Y C j G j R j Y C j G j R Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Konstanta Sekunder Saluran Transmisi

11 Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Konstanta Sekunder.Konstanta Propagasi Konstanta Propagasi R j G jc j Konstanta redaman Menyebabkan penurunan amplitudo gelombang karena disipasi daya sepanjang transmisi. Nilai alpa terkait dengan resistansi saluran Konstanta fasa Menyebabkan perubahan fasa dan bentuk gelombang terkait dengan perubahan induktansi dan kapasitansi sepanjang saluran

12 Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Konstanta Sekunder..mpedansi Karakteristik R G j. jc mpedansi karakteristik saluran didefinisikan dari suatu saluran transmisi yang panjangnya tak hingga Jika saluran dicatu dengan tegangan AC maka akan muncul arus yang mengalir disepanjang saluran pengaruh nilai C dan G Perbandingan tegangan dan arus pada input saluran transmisi dengan panjang tak hingga disebut mpedansi Karakteristik

13 Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Konstanta Sekunder..Wavelength λ Wavelength Panjang gelombang didefinisikan sebagai sebuah jarak antara satuan berulang dari sebuah pola gelombang. l meter Jika suatu saluran menggunakan suatu dielektrik tertentu maka panjang gelombang bisa dituliskan : l l r meter l r Panjang gelombang di udara Konstanta dielektrik relatif

14 Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Konstanta Sekunder..Kecepatan Phasa p Kecepatan Phasa phase velocity / wave velocity/ velocity of propagation didefinisikan sebagai kecepatan dimana gelombang merambat sepanjang saluran pada frekuensi tertentu. p l f meter / second p f p Jika saluran menggunakan bahan dielektrik maka p C r C = Cepat rambat cahaya

15 Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Konstanta Sekunder..Kecepatan Group g Kecepatan Group group velocity didefinisikan sebagai kecepatan dari sekumpulan gelombang yang bersuperposisi

16 Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Contoh Soal. Suatu saluran telepon open wire memiliki: R = Ω/km =37 henry/km C =83 x -6 farad/km dan G = 4 x -6 mho/km pada frequensi Kh. Tentukan : a Konstanta propagasi b Konstanta redaman c Konstanta phasa d mpedansi karakteristik e Panjang gelombang f Kecepatan phasa

17 Solusi Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi akonstanta propagasi R j G jc j j j83.6 j j j55.6 j j j neper 8 686dB j356 perkm j

18 Solusi b Konstanta redaman 746 neper / Km 648 db/ m c Konstanta phasa 356 radian/ Km

19 Solusi Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi d mpedansi Karakteristik R j J3788 ohm 6 G jc e Panjang Gelombang l km f Kecepatan Phasa p l f m / s

20 t t J R t t J R t t Taking the limit as tends to leads to t J R t Persamaan Umum Saluran Transmisi

21 t C J G t t t C J t G t t t Taking the limit as tends to leads to t C J G t t t C J G t t Persamaan Umum Saluran Transmisi

22 Persamaan Umum Saluran Transmisi t t R J t G JC t Disebut Telegrapher s Equations Solusi Tegangan dan arus : e e e e ngat : e e cosh sinh cosh sinh d d t t d t d t Disebut Persamaan Differential saluran transmisi Atau dalam bentuk fungsi hiperbolic: cosh sinh cosh sinh Dalam Fungsi Real Time: t v t e cos t e cos t i t e cos t e cos t Re e j t

23 Persamaan Umum Saluran Transmisi o +j + - A e γ A γ e A e γ -Ae A γ e γ A e γ = Tegangan sejauh dari sumber = Arus sejauh dari sumber Persamaan Umum saluran transmisi Menggambarkan ada dua gelombang yang merambat dalam saluran transmisi : + dan atau + yang merambat pada arah positif - dan atau - yang merambat pada arah negatif

24 Persamaan Tegangan dan Arus jika Parameter sumber diketahui g g s + + o +j s - - Jika maka s A A - A A o didapat : A A s s. s s. Persamaan umum saluran : A e O γ -A e A e γ = γ A e γ Pers Pers Substitusikan A dan A s s e s. γ e e -γ γ s s. ke s. e pers didapat : γ e e -γ γ s coshγ s sinh γ

25 Persamaan Tegangan dan Arus jika Parameter sumber diketahui g g Persamaan umum saluran : s + + o +j s - A e O γ -A e A e γ = γ A e γ - Pers Pers Substitusi kan A dan A s s s. e γ e cosh S -γ e γ γx S e ke s s pers didapat : s. γ e 5 -γ e sinh γ γ

26 Persamaan Tegangan dan Arus jika Parameter sumber diketahui g g s + + o +j s - - = s s coshγ s coshγ s sinh sinh γ γ Persamaan Tegangan Dan Arus Jika Parameter Sumber diketahui! 6

27 g g Persamaan umum saluran : Persamaan Tegangan dan Arus jika Parameter Beban diketahui s + + o +j s - A e O γ -A e d A e γ d = γ A e γ - Pers Pers Jika A e γ maka A e didapat : γ γ γ - Ae Ae o Substitusi kan A dan A d cosh γd d d e γd... e -γd sinh e e e -γd e γ-γ -γ- -γ γd. e. e. γd e. A e. A e ke pers didapat : e γd e -γd γγ γ- γ γ

28 g g Persamaan Tegangan dan Arus jika Parameter Beban diketahui s + + o +j s - d = - A e Dengan cara yang sama masukkan A dan A ke pers maka didapat : Persamaan umum saluran : O γ -A e A e γ γ A e γ Pers Pers d cosh γd sinh γd

29 Persamaan Tegangan dan Arus jika Parameter Beban diketahui g g s + + o +j s - - d = d cosh γd sinh γd d cosh γd sinh γd Persamaan Tegangan Dan Arus Jika Parameter Beban diketahui!

30 Pada slide sebelumnya sudah didefinisikan mengenai impedansi karakteristik Alternatif pengertian impedansi karakteristik yang dilihat dari persamaan umum saluran transmisi adalah ratio antara tegangan dan arus yang merambat ke satu arah + / + atau - - / - pada setiap titik di saluran transmisi jx R C j G j R j R e j R e e e j R d d o o o mpedansi Karakteristik

31 MPEDANS KARAKTERSTK Untuk sebuah sinyal sinusoida dengan frekuensi sudut yang dinyatakan dengan konstanta-konstanta primernya adalah : maka mpedansi karakteristik

32 MPEDANS KARAKTERSTK Pada frekuensi-frekuensi rendah dimana Rumus untuk O dapat diringkas menjadi : Pada frekuensi-frekuensi tinggi dimana Menjadi:

33 mpedansi Karakteristik Dapat disimpulkan bahwa impedansi karakteristik bukan merupakan fungsi dari jarak dan besarnya hanya tergantung dari nilai R C dan G saja. Untuk mempermudah desain dan aplikasi biasanya nilai impedansi karakteristik dari berbagai jenis saluran sudah dibuat formula-formula yang bisa langsung digunakan. HBURAN 3. Carilah formula-formula mpedansi karakteristik beberapa jenis saluran transmisi!. Apa saja yang mempengaruhi besarnya nilai impedansi karakteristik dari suatu jenis saluran transmisi?

34 Persamaan mpedansi Saluran Transmisi g g s = + o + +j s - in Didapat : d d d - d d d Kalikan dengan cosh γd sinh γd cosh γd sinh γd tanh tanh γd γd Merupakan impedansi saluran sejauh d dari beban! coshd coshd Bedakan dengan impedansi karakteristik saluran!!! 34

35 Persamaan mpedansi Saluran Transmisi s + g g + s - o +j d - d tanh tanh γd γd in d Jika d = maka : d in tanh tanh γ γ Adalah mpedansi nput Saluran Transmisi! 35

36 Hiburan 4 A 4-m long T has g =5 cos ωt o = 688-j3788 W and γ = 746+J356 per m. f g = = find: a the input impedance in b the sending-end current in c the sending-end voltage in d the receiving-end voltage. e the receiving-end current f mpedance at point m from load g g in + + o = 688-j3788 W γ= 746+j356 in - 4 m -

37 Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Solusi anput mpedance in Karena saluran match dengan beban maka = = 688-j3788 W Maka: in tanhγ 688 j37 88W tanhγ b Sending-end Current in g g in 5 5 in in 688 j j j in - in in g g cos t 768 ampere

38 c Sending-end voltage in in g g in 688 j3788 g 5 in g 688 j j3788 in + in - in in 5 75 volt 75 cos tvolt

39 Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi Solusi d Receiving-end oltage in in coshγ in sinhγ coshγ in sinhγ 75 cosh 746 j j3788sinh 746 j cos t 83 volt 55cos t 5464 cosh jx cos x sinh jx j sinhx cosh x y sinh x y Review Kembali!!! cosh x cosh y sinhxsinh y sinhx cosh y cosh xsinh y

40 Solusi e Receiving-end Current in in coshγ cosh γ in sinhγ sinhγ cosh 746 j3564 in 75 sinh j3788 j

41 Solusi Parameter-parameter dalam Saluran Transmisi f d=m d tanhγd 688 j37 88W tanhγd

42 TERMAKASH