TKE 8329W Sistem Transmisi Telekomunikasi Kuliah 6 Jalur Gelombang Mikro Indah Susilawati, S.T., M.Eng. Program Studi Teknik Elektro Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Mercu Buana Yogyakarta 2009 1
LECTURE 6 TELECOMMUNICATION TRANSMISSION SYSTEMS JALUR GELOMBANG MIKRO Frekuensi transmisi gelombang mikro mpy jangkauan 2 24 GHz. Biasanya menggunakan sifat pancaran LOS (line of Sight). Termasuk jenis komunikasi point to point (titik ke titik). Sepasang antena yg terpisah sejauh bbrp kilometer membtk 1 hop atau lompatan 30 60 km 200 km Sistem komunikasi gel. Mikro diharapkan dapat mentransmisikan sinyal tanpa terputus (interupsi) dengan penerimaan yg baik. Gambar 1 Jalur komunikasi gelombang mikro 2
Gambar 2 Diagram skematik jalur gelombang mikro Antena Antena yg memancarkan daya ke semua arah dengan sama rata disebut antena omnidireksional atau antena isotropis cocok utk komunikasi point to multipoint misalnya pada komunikasi seluler Antena yg memancarkan daya ke suatu arah saja disebut antena direksional cocok utk komunikasi point to point misalnya pada komunikasi menggunakan gel mikro Jenis antena yg digunakan pada komunikasi menggunakan jalur gel mikro adl jenis antena dengan perarahan yg tinggi, yaitu antena direksional, misalnya: Antena parabola Antena horn (corong) Gambar 3 Diagram antena parabola 3
Antena dengan perarahan tinggi akan mengarahkan pancaran dayanya ke arah tertentu saja. Gain antena (G) adl suatu ukuran kemampuan antena dlm mentransmisikan daya ke suatu arah tertentu (ukuran perarahan) 4πAe G = 10log 2 λ Dengan G adl gain antena dlm db, A adl tingkap efektif antena, e adl efisiensi antena dan λ adl panjang gelombang yg digunakan. Daya pancar antena pada setiap arah digambarkan sebagai pola pancar antena. Sebagai contoh diilustrasikan pada gambar 4. Daya pancar diukur pada jangkauan sudut selebar 360 Daya maksimum dipancarkan pada arah yg disebut boresight Diperkenalkan istilah major lobe dan minor lobe Karakteristik penting antena adl perbandingan perolehan (gain) maksimum pada arah depan dengan perolehan (gain) maksimum arah belakang, yaitu disebut front to back ratio. Misalnya front to back ratio = 32 db (lihat gambar 4) Karakteristik penting lain adl lebar-berkas (beamwitdh) atau φ yg menggambarkan seberapa lebar sudut pancaran daya (pada arah maksimum) dari antena tsb. 21,3 φ = fd Dengan φ adl lebar-berkas diukur pada ½ daya maksimum, f adl frekuensi yg digunakan (dlm GHz) dan D adl diameter antenna (dlm meter). Semakin sempit lebar-berkas suatu antenna maka perarahan antenna tsb semakin baik. Daya dipancarkan pada jangkauan sudut yg sempit Pemasangan antena harus benar-benar tepat supaya komunikasi LOS dapat dicapai 4
Gambar 4 Contoh pola pancar antenna utk komunikasi gel mikro Pengaruh Atmosfer 1. Penyerapan Oksigen dlm atmosfer menyerap daya (energi) gelombang yg dipancarkan Atenuasi/penyusutan sebesar 0,01 db/km pada frekuensi 2 GHz Atenuasi/penyusutan sebesar 0,02 db/km pada frekuensi 26 GHz Titik-titik air dalam atmosfer akan menyerap dan menghamburkan gelombang. Sebagai contoh pada frekuensi 6 GHz maka terjadi Atenuasi sebesar 0,001 db/km karena uap air Atenuasi sebesar 0,01 db/km karena kabut atau hujan gerimis Atenuasi sebesar 1 db/km karena adanya hujan deras 5
Apa yg terjadi jika jarak transmisi yg ditempuh adl sejauh 40 km?? 2. Pembiasan Suhu, kerapatan dan kelembaban atmosfer berubah-ubah menurut ketinggian. Perubahan kerapatan udara mempengaruhi cepat rambat gelombang mikro selaras dengan persamaan c v = n Dengan v adl cepat rambat gelombang mikro, c adl cepat rambat cahaya di ruang hampa dan n adl indeks bias udara. Perubahan cepat rambat gel mikro ini akan membelokkan (membiaskan) gel mikro (lihat gambar 5). Jika hal ini terjadi pada jalur gel mikro yg digunakan utk komunikasi maka akan dapat menyebabkan gel mikro tsb menyimpang dari jalur LOS-nya. Apa akibatnya?? Gambar 5 Pembiasan gel mikro 6
Gambar 6 Jarak transmisi bertambah panjang karena pembiasan 3. Ducting Ducting terjadi saat gel mikro terjebak dalam pemandu gelombang atmosferik yg disebut duct. Saat gel mikro masuk ke dalam duct maka sudut kritis terlampaui sehingga terjadi pemantulan internal total. Akibatnya gel mikro terjebak dalam duct komunikasi LOS dengan antena penerima tidak tercapai antena penerima kehilangan (tidak dapat menerima) sinyal Ducting dapat terjadi di daerah di atas perairan yg luas atau di daerah dimana suhu dan kelembaban dapat berubah/berbalik dengan cepat. Terjadinya ducting diilustrasikan pada gambar 7. Gambar 7 Ducting 7
Pengaruh Kondisi Permukaan Bumi Terrain Effect Hal-hal yg berpengaruh pada perambatan gel mikro: - Kelengkungan bumi membatasi jarak LOS - Penghalang, terbagi atas: 1. Buatan manusia 2. Alami Baik kelengkungan bumi maupun adanya penghalang pada permukaan bumi akan mempengaruhi proses perambatan gel mikro dari pemancar ke penerima yaitu oleh karena terjadinya pemantulan dan difraksi gel mikro. Pemantulan Misalnya antena pemancar mpy lebar-berkas sebesar 2 maka - Sebaran daya atau energi pada jarak 40 km menjadi cukup lebar - Ada sebagian daya atau energi gel mikro yg terpantul oleh permukaan bumi sebelum sampai pada penerima - Jika ada penghalang lain (baik alamiah maupun buatan manusia) dlm jalur transmisi tsb maka juga dimungkinkan terjadi pemantulan oleh penghalang tsb. Ilustrasi pemantulan gel mikro oleh permukaan bumi diperlihatkan pada gambar 8. Gambar 8 Pemantulan oleh permukaan bumi 8
Dengan memperhatikan gambar 4 maka diketahui bahwa antena penerima menerima daya dari dua macam lintasan: 1. Lintasan LOS 2. Lintasan terpantul oleh permukaan bumi Daya atau energi yg berasal dari berbagai macam lintasan ini jika fasenya sama maka akan saling memperkuat (interferensi membangun atau constructive interference) dan dmk pula sebaliknya (interferensi merusak atau destructive interference) jika fasenya tidak sama. Terjadinya pemantulan akan menyebabkan geseran fase pada gel mikro. Geseran fase akibat pemantulan oleh permukaan bumi adl sbb: 1. Geseran fase = 180 utk gel mikro dengan polarisasi horisontal 2. Geseran fase = 0 s.d 180 utk gel mikro dengan polarisasi vertikal Zona Fresnel Daya atau energi gel mikro yg datang pada penerima dengan fase yg berbeda fase 180 atau λ/2 dengan gel LOS menentukan batas yg disebut zona fresnel pertama. Daya atau energi gel mikro yg datang pada penerima dengan fase yg berbeda fase 2 λ/2 dengan gel LOS menentukan batas yg disebut zona fresnel kedua. Daya atau energi gel mikro yg datang pada penerima dengan fase yg berbeda fase 3 λ/2 dengan gel LOS menentukan batas yg disebut zona fresnel ketiga.... Daya atau energi gel mikro yg datang pada penerima dengan fase yg berbeda fase n λ/2 dengan gel LOS menentukan batas yg disebut zona fresnel ke - n. Radius zona fresnel ke n yaitu F n dirumuskan sebagai n d1 d F n = 17,3 f D 2 9
Dengan d 1 adl jarak pemancar ke penghalang, d 2 adl jarak penerima ke penghalang, D adl jarak pemancar ke penerima dan f adl frekuensi yg digunakan (dinyatakan dalam GHz). Ilustrasi tentang zona fresnel diperlihatkan pada gambar 9. Gambar 9 Zona fresnel Gambar 10 Ilustrasi pengaruh zona fresnel pada jalur gelombang mikro 10
Polarisasi Horisontal Pemantulan oleh permukaan bumi akan menggeser fase sebesar 180 Jika AB dan ACB berbeda sebesar kelipatan ganjil dari λ/2 maka sinyal dgn lintasan AB dan ACB akan saling memperkuat Jika AB dan ACB berbeda sebesar kelipatan genap dari λ/2 maka sinyal dgn lintasan AB dan ACB akan saling memperlemah Pengaruh ini disebut dgn istilah multipath fading (pudaran lintasan-jamak) Pudaran lintasan-jamak juga terpengaruh oleh kondisi atmosfer Pudaran lintasan-jamak biasanya berlangsung selama bbrp detik s.d bbrp jam Polarisasi Vertikal Pemantulan oleh permukaan bumi menggeser fase sebesar 0 s.d 180 Jika akibat pemantulan, geseran fase 0 dan AB dgn ACB berbeda sebesar kelipatan ganjil dari λ/2 maka... Jika akibat pemantulan, geseran fase 0 dan AB dgn ACB berbeda sebesar kelipatan genap dari λ/2 maka... 11