ANALISIS PENGARUH FREKUENSI TERHADAP REDAMAN PADA KABEL KOAKSIAL Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro OLEH : SURYANTO NIM: 070402051 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK MEDAN 2013 1
ABSTRAK Kabel koaksial merupakan salah satu jenis saluran transmisi yang secara praktis mempunyai bidang aplikasi yang luas. Dari struktur penampang kabel, didapati tiga komponen utama: penghantar dalam, penghantar luar dan dielektrik pengisolir kedua penghantar tersebut. Kabel koaksial memiliki dua macam redaman yaitu redaman konduktor dan redaman dielektrik. Pada Tugas Akhir ini akan dibahas tentang pengaruh frekuensi terhadap redaman pada kabel koaksial. Parameter yang akan dianalisis di sini adalah redaman konduktor dan redaman dielektrik dari kabel koaksial. Dari hasil analisis yang dilakukan, didapatkan bahwa semakin tinggi frekuensi yang diberikan pada kabel koaksial maka redaman pada konduktor dan dielektrik akan semakin besar. Seiring kenaikan frekuensi, besar redaman konduktor yang dipengaruhi oleh konduktivitas bahan dan diameter konduktor akan bertambah secara kuadratik sedangkan redaman dielektrik yang besarnya bergantung pada jenis dielektrik bertambah secara linier. Redaman konduktor bahan tembaga pada frekuensi 1 GHz, 2 GHz, 3 GHz berturut-turut adalah 0,258 db/m, 0,364 db/m, 0,446 db/m. sedangkan redaman dielektrik Teflon pada frekuensi yang sama 0,02 db/m, 0,039 db/m, 0,059 db/m. Pada frekuensi rendah redaman sangat bergantung pada konstruksi kabel atau diameter kabel, namun pada frekuensi tinggi (biasanya di atas 10 GHz) jenis dielektrik mempunyai pengaruh yang besar terhadap redaman. 2
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis kepada Allah SWT yang telah memberikan kekuatan dan membimbing penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul: ANALISIS PENGARUH FREKUENSI TERHADAP REDAMAN PADA KABEL KOAKSIAL Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib dipenuhi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Elektro USU. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua tercinta, Ibunda (Nurlina) dan Ayahanda (Amir Hamzah) kakak dan adik yang saya sayangi (Tuti Awalis dan Suci Mulyani). Penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas bimbingan, dukungan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Dengan setulus hati penulis sampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Bapak Ali Hanafiah Rambe, MT selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Ahri Bahriun, M.Sc selaku dosen wali penulis yang sudah memberikan bimbingan yang sangat bermanfaat bagi penulis. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si dan Bapak Rahmat Fauzi, MT selaku ketua dan sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 3
4. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro USU yang telah memberikan bekal ilmu yang tidak ternilai. 5. Bapak Ir. Mas`adi, Bapak Nasaruddin, Ibu Sulastri Muharman, dan Datuk terima kasih atas doa dan bantuan yang sangat berarti bagi penulis. 6. Sahabat-sahabat stambuk 07 di Departemen Teknik Elektro USU: Reza, Hirzi, Susandi, Recky, Toni, Leo, Ajir, Habibi, Andre, Ali, Oki, Noe, Yovi, Yudi, Borong, dan banyak lagi yang tak bisa penulis sebutkan satu persatu terima kasih atas dorongan dan semangat yang diberikan kepada penulis selama menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. Keluarga besar IMTE baik senior maupun junior terima kasih atas segalanya. Akhirnya penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini sangat jauh dari sempurna. Masih banyak kesalahan dan kekurangan baik dari materi ataupun penulisan. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca agar Tugas Akhir ini dapat lebih baik kedepannya. Semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Medan, 25 Januari 2013 Penulis Suryanto NIM: 070402051 4
DAFTAR ISI ABSTRAK.. i KATA PENGANTAR..ii DAFTAR ISI. iv DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL..viii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang..1 1.2 Rumusan Masalah.2 1.3 Tujuan Penulisan... 3 1.4 Batasan Masalah 3 1.5 Metodologi Penulisan 3 1.6 Sistematika Penulisan 4 BAB II SALURAN TRANSMISI 2.1 Umum 6 2.2 Persamaan Umum Saluran Transmisi... 7 2.3 Konstanta Primer Saluran Transmisi...10 2.4 Konstanta Sekunder Saluran Transmisi..12 2.5 Jenis-Jenis Saluran Transmisi.....15 2.6 Perambatan Gelombang Pada Saluran Transmisi...20 2.6.1 Kecepatan Rambat Gelombang...21 2.6.2 Panjang Gelombang....23 2.8 Rugi-Rugi Pada Saluran Transmisi. 23 5
BAB III SALURAN TRANSMISI KABEL KOAKSIAL 3.1 Umum..26 3.2 Konstruksi Kabel Koaksial.. 26 3.3 Jenis-Jenis Kabel Koaksial.. 27 3.4 Konstanta Saluran Transmisi Kabel Koaksial.....29 3.5 Daya Kabel Koaksial.......36 3.6 Mode Transmisi Kabel dan Frekuensi Cut-Off... 37 3.7 Redaman Pada Kabel Koaksial...39 3.7.1 Redaman Pada Konduktor..39 3.7.2 Redaman Pada Dielektrik 40 3.8 Dimensi Optimal Kabel Koaksial...41 3.9 Beberapa Contoh Kabel Koaksial... 42 3.10 Kelebihan dan Kekurangan Kabel Koaksial.....44 BAB IV ANALISIS PENGARUH FREKUENSI TERHADAP REDAMAN PADA KABEL KOAKSIAL 4.1 Umum..45 4.2 Parameter-Parameter Asumsi..46 4.3 Analisis Pengaruh Frekuensi Terhadap Redaman Pada Kabel Koaksial...47 4.3.1 Analisis Pengaruh Frekuensi Terhadap Redaman Konduktor 48 4.3.2 Analisis Pengaruh Frekuensi Terhadap Redaman Dielektrik..52 4.3.3 Analisis Pengaruh Frekuensi Terhadap Redaman Beberapa 6
Tipe Kabel Koaksial.....55 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan..61 5.2 Saran 62 DAFTAR PUSTAKA.63 7
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Model Rangkaian Saluran Transmisi..8 Kabel Paralel Ganda dan Pola Medannya. 16 Struktur Kabel Koaksial dan Pola Medannya...17 Balanced Shielded Line dan Pola Medannya....18 Saluran Mikrostrip dan Pola Medannya....19 Rectangular Waveguides dan Circular Waveguides.....20 Konstruksi Kabel Koaksial...26 Thick Coaxial Cable (R G 6) 28 Thin Coaxial Cable (R G 59)....29 Penampang Kabel Koaksial..30 Penampang kabel koaksial untuk penghitungan C....31 Penampang kabel koaksial untuk penghitungan L 32 Besar medan magnet di penampang kabel koaksial sebagai fungsi radius..34 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Bagian-Bagian Kabel Koaksial.46 Grafik pengaruh frekuensi terhadap redaman konduktor..51 Grafik pengaruh frekuensi terhadap redaman dielektrik... 54 Grafik pengaruh frekuensi terhadap redaman total.. 59 8
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Konstanta Primer beberapa saluran transmisi....12 Tabel 2.2 Impedansi Karakteristik Beberapa Saluran Transmisi.. 15 Tabel 2.3 Konstanta Dielektrik dan Kecepatan Rambat Gelombang Elektromagnetik Bahan Isolator.22 Tabel 3.1 Data Beberapa Kabel Koaksial..43 Tabel 4.1 Konduktifitas bahan konduktor..47 Tabel 4.2 Permitivitas relatif dan faktor redaman bahan dielektrik...47 Tabel 4.3 Redaman konduktor... 50 Tabel 4.4 Redaman dielektrik....53 Tabel 4.5 Redaman total kabel koaksial yang dianalisis....58 9