TUGAS AKHIR "ANALISIS KARAKTERISTIK SALURAN TRANSMISI RECTANGULAR WAVEGUIDE" Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh DIANA SAHFITRI 080422003 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
ABSTRAK Saluran transmisi merupakan suatu media yang digunakan untuk mengirim energi listrik dari satu titik ke titik lain dalam suatu rangkaian listrik. Ada beberapa saluran transmisi yang digunakan secara umum pada saat ini seperti two wire line, kabel koaksial, balanced shielded line, mikrostrip dan bumbung gelombang (waveguides). Rectangular waveguide adalah salah satu tipe yang paling awal dari jaringan transmisi yang digunakan dalam berbagai aplikasi. Spektrum frekuensi gelombang-mikro mencakup kira-kira dari 300 MHz hingga 300 GHz. Saluransaluran transmisi masih dapat digunakan pada bagian-bagian yang rendah dari cangkupan ini. Di atas kira-kira 3000 MHz, pemakaian waveguide menjadi suatu keharusan. Pada Tugas Akhir ini, akan dibahas tentang karakteristik salah satu bumbung gelombang (waveguide) yaitu rectangular waveguide. Parameterparameter utama yang dianalisis untuk mengetahui atau mendapatkan karakteristik saluran transmisi rectangular waveguide yaitu frekuensi cut-off, impedansi karakteristik, dan rugi-rugi yang terdapat pada saluran transmisi rectangular waveguide. Dari analisis yang dilakukan, didapatkan bahwa frekuensi cut-off pada saluran transmisi rectangular waveguide akan mengalami kenaikan seiring dengan dimensi penampang retangular waveguide yang semakin mengecil. Sedangkan semakin besar frekuensi yang diberikan pada saluran transmisi rectangular waveguide tersebut, maka semakin kecil pula impedansi karakteristiknya untuk frekuensi 8 GHz sampai 12.5 GHz. Rugi-rugi daya oleh sinyal frekuensi adalah yang paling besar dibandingkan dengan rugi-rugi lainnya yaitu nilai yang terendah sebesar 830,59 db/m dengan kenaikan perlahan sebesar 1935,23 db/m. Dan rugi-rugi atenuasi dielektrik sebesar 16,79x10 10 db/m dengan penurunan perlahan sampai 11,27x10 10 db/m, sedangkan rugi-rugi daya pada permukaan dinding sebesar 0,023 Ω/m dengan kenaikan perlahan sampai 0,029 Ω/m.
KATA PENGANTAR Segala Puji bagi Allah SWT yang telah melimpahkan segala Rahmat dan Taufik-Nya serta Shalawat beriring salam disampaikan kepada Nabi Muhammad SAW, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini berjudul: ANALISIS KARAKTERISTIK SALURAN TRANSMISI RECTANGULAR WAVEGUIDE. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Fakutas Teknik Universitas Sumatra Utara. Penulis menyampaikan rasa hormat, bangga, terima kasih dan mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda M. Amin, SE dan Ibunda Kunti Idana, A.Ma.Pd yang telah membesarkan, mendidik dan selalu mendoakan penulis, serta rasa sayang kepada saudara-saudara penulis Fahrizal Saputra, M. Raudhi, Nur Miswari dan kakak ipar Murtiana serta keponakan-keponakan yang imut-imut. Dalam kesempatan ini juga penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman S. Baafai, selaku Pelaksana Ketua Departemen Teknik Elektro Falkultas Teknik Universitas Sumatra Utara. 2. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro dan Penasehat Akademis selama penulis mengikuti perkuliahan.
3. Bapak Ali Hanafiah Rambe, ST, MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang dengan ikhlas dan sabar memberikan nasehat, bimbingan, dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elekro Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis selama mengikuti perkuliahan. 5. Sulastri Sianturi, selaku teman satu Dosen Pembimbing yang selalu bersama penulis dalam suka dan duka menyelesaikan Tugas Akhir. 6. Teman-teman seperjuangan penulis khususnya mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Telekomunikasi. 7. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih sangat jauh dari sempurna, baik dari segi materi maupun cara penyajiannya. Oleh karena itu, penulis siap menerima saran dan kritik dari pembaca yang sifatnya membangun demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis berserah diri kepada Allah SWT, penulis berharap agar Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan terutama bagi penulis sendiri. Medan, November 2010 Penulis Diana Sahfitri NIM. 080422003
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... viii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Metodologi Penulisan... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II SALURAN TRANSMISI... 5 2.1 Umum... 5 2.2 Jenis Media Saluran Transmisi... 7 2.3 Bumbung Gelombang (Wavegide)... 8 2.4 Karakteristik Saluran Transmisi... 11 2.4.1 Lumped Constan... 12 2.4.2 Distributed Constan... 12 2.5 Impedansi Karakteristik Saluran... 13
2.6 Rugi-rugi (Losses) pada Saluran Transmisi... 16 2.7 Gelombang Elektromagnet dalam Saluran Transmisi... 17 BAB III SALURAN TRANSMISI RECTANGULAR WAVEGUIDE... 21 3.1 Umum... 21 3.2 Persamaan Gelombang Pada Koordinat Rectangular Waveguide... 25 3.3 Mode Pola Rectangular Waveguide... 28 3.3.1 Mode TE Dalam Rectangular Waveguide... 29 3.3.2 Ragam-ragam Mode... 33 3.4 Frekuensi Cut-off... 34 3.5 Rugi-rugi Saluran Transmisi Rectangular Waveguide... 35 3.5.1 Rugi-rugi Daya Oleh Sinyal Frekuensi... 36 3.5.2 Rugi-rugi Daya Atenuasi Dielektrik... 36 3.5.3 Rugi-rugi Daya Pada Permukaan Dinding... 37 3.6 Saluran Transmisi Rectangular Waveguide Standar... 39 BAB IV ANALISIS KARATERISTIK RECTANGULAR WAVEGUIDE... 41 4.1 Umum... 41 4.2 Parameter Asumsi... 42 4.3 Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Rectangular Waveguide... 43 4.3.1 Analisis Frekuensi Cut-off Saluran Transmisi Rectangular Waveguide... 43
4.3.2 Analisis Impedansi Karakteristik Saluran Transmisi Rectangular Waveguide... 48 4.3.3 Analisis Rugi-rugi Saluran Transmisi Rectangular Waveguide... 50 4.3.3.1 Rugi-rugi oleh Sinyal Frekuensi... 50 4.3.3.2 Rugi-rugi Daya Atenuasi Dielektrik... 51 4.3.3.3 Rugi-rugi Daya Pada Permukaan dinding... 52 4.4 Aplikasi Saluran Transmisi Rectangular Waveguide... 56 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 57 5.1 Kesimpulan... 57 5.2 Saran... 58 DAFTAR PUSTAKA... 59
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Analogi besaran-besaran EM dalam saluran dengan gelombang dalam medium bebas... 5 Tabel 2.2 Impedansi karakteristik saluran transmisi... 15 Tabel 2.3 Konstanta dielektrik dan kecepatan rambat gelombang elektromagnetik pada bahan isolator... 19 Tabel 3.1 Rectangular waveguides standar... 39 Tabel 4.1 Pengaruh besar dimensi a dan b terhadap frekuensi cut-off saluran transmisi rectangular waveguide... 45 Tabel 4.2 Pengaruh besar frekuensi terhadap impedansi karakteristik saluran transmisi rectangular waveguide untuk a = 2.286 cm, b = 1,016 dan f c TE 10... 49 Tabel 4.3 Pengaruh besar frekuensi terhadap rugi-rugi saluran transmisi rectangular waveguide untuk f c = 6,562 GHz... 53
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Berbagai macam saluran transmisi... 6 Gambar 2.2 Jenis waveguide... 8 Gambar 2.3 Karakteristik waveguide... 10 Gambar 2.4 Waveguide... 10 Gambar 2.5 Pengukuran impedansi karakteristik... 14 Gambar 3.1 Konstruksi dari rectangular waveguide... 21 Gambar 3.2 Rectangular waveguide... 22 Gambar 3.3a Keadaan keadaan perbatasan medan listrik... 23 Gambar 3.3b Keadaan keadaan perbatasan medan magnet... 23 Gambar 3.4 Rambatan mode TE... 24 Gambar 3.5a Amplitudo medan listrik di sepanjang sumbu waveguide... 24 Gambar 3.5b Amplitudo medan listrik di sepanjang lebar dari waveguide... 24 Gambar 3.6 Koordinat rectangular waveguide untuk mode TE... 30 Gambar 3.7 Ragam-ragam waveguide... 34 Gambar 3.8 Distribusi medan didalam bumbung untuk mode TE 10... 35 Gambar 4.1 Beberapa parameter asumsi pada saluran transmisi rectangular waveguide yang dianalisis... 42 Gambar 4.2 Grafik pengaruh besar dimensi penampang terhadap frekuensi cutoff TE 10... 45 Gambar 4.3 Grafik pengaruh besar dimensi penampang terhadap frekuensi cutoff TE 01... 46
Gambar 4.4 Grafik pengaruh besar dimensi penampang terhadap frekuensi cutoff TE 11... 46 Gambar 4.5 Grafik pengaruh besar frekuensi terhadap impedansi karakteristik saluran transmisi rectangular waveguide... 49 Gambar 4.6 Grafik pengaruh besar frekuensi terhadap rugi-rugi oleh sinyal frekuensi... 54 Gambar 4.7 Grafik pengaruh besar frekuensi terhadap rugi-rugi atenuasi dielektrik... 54 Gambar 4.8 Grafik pengaruh besar frekuensi terhadap rugi-rugi daya pada permukaan dinding... 55