KEGIATAN BELAJAR. FREKUENSI GELOMBANG RADIO PADA APLIKASI SISTEM TELEKOMUNIKASI A. Pendahuluan Kegiatan belajar ini akan mengajak peserta untuk menganalisis frekuensi gelombang radio pada aplikasi sistem telekomunikasi. Peserta diharapkan dapat menguraikan karakteristik propagasi gelombang radio. Pemahaman tersebut diharapkan menjadi bekal dalam mengklasifikasikan spektrum gelombang radio pada aplikasi sistem telekomunikasi. B. Capaian Pembelajaran Menganalisis frekuensi gelombang radio pada aplikasi sistem telekomunikasi. Sub capaian pembelajaran : 1. Menguraikan karakteristik propagasi gelombang radio. Mengklasifikasikan spektrum gelombang radio pada aplikasi sistem telekomunikasi C. Materi 1. Karakteristik Propagasi Gelombang Radio a. Pengertian Propagasi Gelombang Radio Propagasi gelombang adalah perambatan gelombang dari antena pemancar ke antena penerima. Sedangkan gelombang radio adalah suatu gelombang yang terdiri dari garis-garis gaya listrik (E) dan garis-garis gaya magnet (H) yang merambat di ruang bebas (free space) dan mempunyai kecepatan sebesar kecepatan cahaya (3 x 10 8 meter/detik). Jadi propagasi gelombang radio adalah proses perambatan gelombang radio mulai dari dipancarkan oleh pemancar sampai ke penerima. Susunan dari garis-garis gaya listrik dan garis-garis gaya magnet yang terdapat dalam gelombang radio disebut Transverse Electromagnetics (TEM), Susunan garis gaya tersebut adalah : 1) Garis gaya listrik (E) tegak lurus garis gaya magnet (H)
) Garis gaya listrik (E) tegak lurus arah rambatan 3) Kumpulan garis-garis gaya yang terbanyak merupakan harga kuat medan maksimum. Dari penjelasan diatas, dapat kita ketahui bahwa gelombang radio selalu mempunyai : 1) Kuat medan listrik (E) dan kuat medan magnet (H) ) Arah rambatan 3) Frekuensi (f) 4) Panjang gelombang ( ) 5) Polarisasi Gambaran dari suatu gelombang elektromagnetik bidang XYZ dapat dilihat sebagai berikut : Gambar 1. Gelombang Elektromagnetik Polarisasi gelombang radio adalah arah dari garis gaya listrik (E). Dalam komunikasi dengan menggunakan gelombang radio, informasi dikirimkan dari pemancar dan diterima oleh penerima dengan mengikuti aturan sebagai berikut : 1) Pemancar membangkitkan sinyal frekuensi radio ke medium propagasi ) Gelombang radio menjalar melalui mediumnya dan dipengaruhi oleh mekanisme propagasi seperti difraksi, refleksi, dan scattering
3) Gelombang radio yang dikirim akan dideteksi oleh penerima. Mekanisme propagasi gelombang radio : 1) Refleksi Merupakan gejala pantulan gelombang yang disebabkan oleh berbagai benda yang berdimensi permukaan benda lebih besar dari panjang gelombang ) Difraksi Merupakan pergerakan gelombang yang dekat dengan permukaan bumi, yang cenderung mengikuti pola kelengkungan permukaan bumi. Difraksi merupakan gejala pembelokan gelombang yang disebabkan oleh berbagai benda yang mempunyai bentuk sisi tidak teratur dan berdimensi jauh lebih besar dari panjang gelombang 3) Scattering Merupakan gejala hamburan gelombang ke segala arah yang disebabkan oleh benda atau objek yang sama besar atau lebih kecil dari panjang gelombang. Makna dari propagasi suatu gelombang radio adalah penyebaran gelombang elektromagnetik di udara bebas. Oleh karena itu, kualitas hasil penerimaan sinyal sedikit banyaknya dipengaruhi oleh cuaca dan kejadiankejadian di luar angkasa. Pengaruh mekanisme perambatan gelombang : 1) Fading Gangguan yang disebabkan oleh adanya refleksi atau pantulan gelombang, maka menyebabkan multipath sehingga sinyal dari gelombang radio lebih dari satu lintasan sebelum sampai ke penerima. Fading ini dirasakan sebagai timbul tenggelamnya suara yang terdengar oleh penerima. ) Delay spread
Merupakan gejala penerimaan sinyal gelombang radio dengan lintasan yang berbeda-beda oleh penerima. Hal tersebut akan menyebabkan waktu kedatangan sinyal tidak sama karena panjang lintasan antara satu sama lain berbeda. b. Lintasan Pada Propagasi Gelombang Radio Berdasarkan perambatan gelombang, lintasan propagasi gelombang radio dibedakan atas : 1) Gelombang tanah (surface wave / ground wave) ) Gelombang angkasa (sky wave / Ionospheric wave) 3) Gelombang ruang (space wave) Gambar. Lintasan propagasi gelombang radio c. Gelombang tanah (surface wave / ground wave) Gelombang tanah adalah gelombang radio yang perambatannya selalu mengikuti bentuk permukaan bumi / tanah, yang bekerja pada frekuensi < MHz. Oleh karena gelombang tanah merambat mengikuti bentuk permukaan tanah / bumi, maka gelombang ini mengalami kehilangan energi yang disebabkan oleh : 1) Adanya penyebaran di antena pemancar (Spreading Loss)
) Adanya redaman tanah karena gelombang ini akan selalu menginduksi tanah sepanjang perambatannya Gambar 3. Propagasi Gelombang Tanah Gelombang tanah disebut juga surface wave (gelombang permukaan), karena merambat pada permukaan bumi, dan ini hanya mungkin terjadi bila antena pemancar atau penerima dekat dengan bumi. Dengan demikian sifat perambatannya sangat dipengaruhi oleh karakteristik permukaan bumi, faktor yang perlu diperhatikan adalah konduktivitas dan dielektrik Gelombang akan mendapat redaman bumi sepanjang penjalarannya. Tabel 1. Konduktivitas dan dielektrikum permukaan bumi Tipe permukaan Konduktivitas Dielektrikum s/m -1 Air laut 4 80 Air Murni (0 0 C) 3 x 10-3 80 Tanah lembab 10-30 Tanah sedang 10-1 15 Tanah kering 10-4 4 Tanah sangat kering 10-5 4. Perubahan kadar air mempunyai pengaruh yang besar terhadap gelombang tanah. Redaman gelombang tanah berbanding lurus terhadap impedansi permukaan tanah. Impedansi ini merupakan fungsi dari konduktivitas dan
frekuensi. Jika bumi mempunyai konduktivitas yang tinggi, maka redaman (penyerapan energi gelombang) akan berkurang. Dengan demikian, propagasi gelombang tanah di atas air, terutama air garam (air laut) jauh lebih baik dari pada di tanah kering (berkonduktivitas rendah), seperti padang pasir. Rugi-rugi (redaman) tanah akan meningkat dengan cepat dengan semakin besarnya frekuensi. Karena alasan tersebut, gelombang tanah sangat tidak efektif pada frekuensi di atas MHz. Namun demikian, gelombang tanah sangat handal bagi hubungan komunikasi. Propagasi gelombang tanah merupakan satu-satunya cara untuk berkomunikasi di dalam lautan. Untuk memperkecil redaman laut, maka digunakan frekuensi yang sangat rendah, yaitu band Extremely Low Frequency (ELF), yaitu antara 30 hingga 300 Hz. d. Gelombang Angkasa Gelombang angkasa adalah gelombang radio yang merambat langsung keatas bumi, ke dalam atmosphere, dan dalam kondisi-kondisi tertentu dapat dipantulkan kembali ke bumi oleh lapisan ionosphere, yang termasuk dalam gelombang angkasa adalah gelombang radio yang mempunyai frekuensi diantara s/d 30 MHz. Penggunaan gelombang angkasa adalah untuk sistem komunikasi jarak jauh dan jangkauan yang dapat dicapai oleh sistem komunikasi ini tergantung dari tinggi rendahnya lapisan Ionosphere sebagai lapisan pemantul. Lapisan Ionosphere ini terletak di lapisan atmosphere bumi dan berada pada ketinggian 50 400 km diatas permukaan bumi.
Gambar 4. Propagasi Gelombang Angkasa Lapisan Ionosphere ini terletak di atas lapisan Stratosphere dan disebut lapisan Ionosphere karena apabila lapisan ini terkena sinar matahari, maka akan terjadi proses ionisasi. Proses ionisasi yaitu suatu proses terurainya molekul-molekul udara menjadi ion-ion positif dan ion-ion negatif yang berdiri dalam keadaan bebas. Ion-ion inilah yang akan membantu gelombang angkasa untuk dipantulkan kembali ke permukaan bumi. Proses ionisasi yang terjadi pada lapisan ionosphere dipengaruhi oleh besar kecilnya intensitas sinar matahari, sehingga pada lapisan ionosphere ini akan terjadi pengelompokan ion-ion tersebut. Hal ini dikarenakan matahari bersinar tidak merata dan lapisan ionosphere terletak pada jarak yang berbeda-beda terhadap matahari. Gelombang ionosfir terpancar dari antena pemancar dengan suatu arah yang menghasilkan sudut tertentu dengan acuhan permukaan bumi. Dalam perjalanannya, bisa melalui beberapa kali pantulan lapisan ionosfir dan permukaan bumi, sehingga jangkauannya bisa mencapai antar pulau, bahkan antar benua. Aksi pembiasan pada lapisan ionosfir dan permukaan bumi tersebut disebut dengan skipping. Untuk memahami proses pembiasan lebih lanjut pada atmosfir bumi, maka kita harus mengetahui proses kimiawi lapisan atmosfir dan faktor-faktor yang mempengaruhinya. Lapisan atmosfir bumi terdiri dari 3 (tiga) lapisan, yaitu :
1) lapisan troposfir (troposphere) Troposfir terletak di permukaan bumi hingga mencapai ketinggian kirakira 6,5 mil. Di dalamnya berisi zat-zat yang diperlukan untuk kelangsungan hidup. Lapisan ini dapat dilalui gelombang yang berfrekuensi tinggi menuju lapisan berikutnya. Karena itu, tidak akan terjadi inversi temperatur atau juga tidak bisa menyebabkan pembiasan yang berarti. ) Lapisan stratosfir (stratosphere) Berada mulai dari batas troposfir sampai ketinggian sekitar 5 mil. Lapisan stratosfir dengan temperaturnya yang konstan tersebut disebut juga daerah isothermal. 3) Lapisan ionosfir (ionosphere). Dari batas stratosfir hingga ketinggian 50 mil adalah lapisan ionosfir. Gambar 5. Sifat-Sifat Lapisan Ionosphere Terhadap Gelombang Angkasa Berdasarkan sifat-sifat lapisan terhadap gelombang angkasa, maka lapisan ionosphere dibagi menjadi : 1) Siang hari Lapisan ionosphere pada siang hari dikelompokkan menjadi : a) Lapisan D i. Lapisan ini terdapat pada ketinggian 50 90 Km diatas permukaan bumi. ii. Lapisan ini terjadi pada waktu siang hari
iii. Lapisan ini akan memantulkan gelombang radio yang mempunyai frekuensi LF dan VLF, dan melemahkan / meredam gelombang radio yang berfrekuensi MF dan HF b) Lapisan E Lapisan E terdiri dari bagian, yaitu : i. Lapisan E teratur (regular) 1) Lapisan ini terdapat di ketinggian 110 Km di atas permukaan bumi ) Lapisan ini memantulkan gelombang radio MF dan HF ii. Lapisan E tidak teratur (E sporadis) 1) Lapisan ini terdapat di ketinggian 90 130 Km di atas permukaan laut ) Berbentuk lapisan tipis-tipis yang menyebar 3) Mencegah frekuensi-frekuensi yang normalnya dapat menembus lapisan E dan memungkinkan adanya transmisi jarak jauh pada frekuensi sangat tinggi (VHF) c) Lapisan F1 i. Lapisan ini terdapat di ketinggian 170 50 Km di atas permukaan bumi ii. Terjadi hanya di siang hari iii. Lapisan ini akan meredam seluruh gelombang radio yang melewatinya d) Lapisan F i. Lapisan ini terdapat di ketinggian 50 400 Km di atas permukaan bumi ii. Terjadi hanya waktu siang hari saja iii. Lapisan ini memantulkan gelombang radio yang mempunyai frekuensi HF ) Malam hari Pada malam hari lapisan ini dikelompokkan menjadi : a) Lapisan E
b) Lapisan F i. Lapisan ini merupakan gabungan dari lapisan F1 dan F di malam hari ii. Lapisan ini terdapat di ketinggian 300 Km di atas permukaan bumi iii. Lapisan ini akan memantulkan gelombang radio yang mempunyai frekuensi HF Gambar 6. Propagasi gelombang pada siang hari Gambar 7. Propagsi gelombang pada malam hari Jika frekuensi gelombang radio yang dipancarkan secara vertikal perlahanlahan dipertinggi, maka akan dicapai titik dimana gelombang tidak akan bisa dibiaskan untuk kembali ke bumi. Gelombang ini tentu akan ke atas menuju lapisan berikutnya, dimana proses pembiasan berlanjut. Bila frekuensinya
cukup tinggi, gelombang tersebut akan dapat menembus semua lapisan ionosfir dan terus menuju ruang angkasa. Frekuensi tertinggi dimana gelombang masih bisa dipantulkan ke bumi bila ditransmisikan secara vertikal pada kondisi atmosfir yang ada disebut dengan frekuensi kritis. Sebagai ilustrasi tentang frekuensi kritis gelombang untuk frekuensi 5 MHz. Gelombang ditembakkan secara vertikal oleh transmitter (pemancar dan sekaligus penerima), dengan frekuensi yang bervariasi, mulai 4 MHz sampai 6 MHz. Untuk frekuensi kerja 5 MHz ke bawah, gelombang yang dipancarkan ke atas, dapat diterima kembali di bumi. Tetapi untuk gelombang yang dipancarkan dengan frekeunsi 6 MHz ke atas, gelombang tidak dapat diterima oleh transmitter di bumi. Gambar 8. Frekuensi Kritis Secara umum, gelombang dengan frekuensi lebih rendah akan mudah dibiaskan, sebaliknya gelombang dengan frekuensi lebih tinggi lebih sulit dibiaskan oleh ionosfir. Sudut kritis adalah sudut yang dibentuk oleh lintasan gelombang yang menuju dan masuk ionosfir dengan garis yang ditarik dari garis vertikal titik pemancar di bumi ke pusat bumi. Gambar 9 menunjukkan sudut kritis untuk 0 MHz. Semua gelombang yang mempunyai frekuensi di atas 0 MHz (misalnya 1 MHz) tidak dibiaskan kembali ke bumi, tetapi terus menembus ionosfir menuju ruang angkasa.
Gambar 9. Sudut kritis Frekuensi tertinggi, dimana gelombang masih bisa dikembalikan ke bumi dengan jarak tertentu disebut dengan Maximum Usable Frequency (MUF). Parameter ini mempunyai nilai rata-rata bulanan tertentu. Frekuensi kerja optimum adalah frekuensi yang memberikan kualitas komunikasi paling konsisten dan oleh karenanya paling baik digunakan. Untuk propagasi yang menggunakan lapisan F, frekuensi kerja optimum adalah sekitar 85 % dari MUF, sedangkan propagasi melalui lapisan E akan tetap konsisten/bekerja dengan baik, bila frekuensi yang digunakan adalah sekitar MUF. Karena redaman ionosfir terhadap gelombang radio adalah berbanding terbalik dengan frekuensinya, maka menggunakan MUF berarti menghasilkan kuat medan yang maksimum. Karena adanya variasi frekuensi kritis, maka dibuatlah data-data dan tabel frekuensi yang berisi perkiraan-perkiraan MUF untuk tiap-tiap jam dan hari dari tiap-tiap daerah. Informasi-informasi ini dibuat berdasarkan data yang didapatkan secara eksperimental dari stasiun-stasiun yang tersebar di penjuru dunia. Jika kita menggunakan gelombang angkasa untuk komunikasi, ada beberapa hal yang harus kita ketahui, yaitu : 1) Tinggi semu lapisan ionosphere (h ) Yaitu ketinggian yang dapat di capai oleh suatu energi gelombang radio dengan frekuensi HF, apabila kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya ) Frekuensi kritis (fc)
Yaitu frekuensi terbesar yang masih dapt dipantulkan oleh lapisan ionosphere dengan sudut luncur vertikal pada suatu tempat dan waktu tertentu 3) Frekuensi kegunaan maksimum (MUF) Yaitu frekuensi terbesar yang dapat digunakan untuk hubungan pada jarak tertentu dan saat sudut luncur tertentu pula 4) Sudut kritis / Critical Angle (Ac) Yaitu sudut datang terkecil pada lapisan pertama F/F, dimana gelombang angkasa yang mempunyai frekuensi MUF masih dapat dipantulkan kembali ke bumi. 5) Jarak maksimum satu hop (d max) Dalam sistem hubungan HF dimana gelombang yang dipancarkan merupakan gelombang angkasa, maka daya yang dipancarkan dari antena pemancar sampai dengan antena penerima akan mengalami redaman sebagai berikut : 1) Redaman yang disebabkan oleh penyebaran di antena pemancar (spreading loss) ) Redaman pada perambatan dari antena pemancar sampai antena penerima yang disebabkan oleh adanya pemindahan energi dari elektron yang bermuatan ke elektron bebas sepanjang perambatan gelombang radio (Non Deviative Absorbtion) 3) Redaman pada lapisan pemantul (lapisan ionosphere), yaitu pada saat terjadinya pembiasan sampai dengan proses pemantulan dari gelombang angkasa tersebut (Deviative Absorbtion) e. Gelombang Ruang Gelombang ruang adalah gelombang radio yang dalam perambatannya dari antena pemancar ke antena penerima melalui ruang bebas. Gelombang
ruang merupakan gelombang radio yang mempunyai frekuensi yang lebih besar dari 30 MHz (VHF keatas). Jika kita menggunakan gelombang ruang dan menginginkan gelombang tersebut bebas dari redaman tanah, maka harus dipenuhi persyaratan sebagai berikut : 1) Untuk gelombang ruang yang berpolarisasi vertikal, tinggi antena pemancar harus lebih besar dari h ) Untuk gelombang ruang yang berpolarisasi horizontal, tinggi antena pemancar harus lebih besar dari 0,1 h 0,1 Pada perambatan gelombang ruang dari antena pemancar ke antena penerima, gelombang ini akan mengalami macam kehilangan energi / redaman yaitu : 1) Akibat penyebaran di antena pemancar (Spreading Loss) ) Akibat redaman di lapisan atmosphere (ruang bebas) Redaman pada penyebaran di antena pemancar relatif sangat kecil, sehingga dalam perhitungan sering diabaikan, sedangkan redaman pada perambatan di ruang bebas tersebut biasa disebut dengan redaman transmisi
dasar di ruang bebas (Basic transmission loss in free space) yang diberi notasi Lbf. Jika dimisalkan kita menggunakan antena isotropik untuk antena pemancar dan antena penerima, serta daya pancar di antena pemancar = Pt (Kwatt), maka besarnya Lbf adalah : Dimana : Lbf Pt Pr Pt = Daya pancar di antena pemancar Pr = Daya terima di antena penerima Jika diketahui bahwa daya terima per satuan luas = Pr, maka : Pr = Pr. A iso Pr' Pt 4d dan A ISO 4 Sehingga : Pr = Pr. A iso = = Pt 4. d 4 Pt 4d Oleh karena itu besarnya Lbf adalah : Pt Lbf Pr Pt Pt 4d 4d kali Lbf 4d kali Jika dihitung dalam satuan decibel, maka diperoleh :
Lbf 4d 10log kali Untuk frekuensi dalam ordo MHz : Lbf = 3,45 + 0 log D +0 log f (db) Untuk frekuensi dalam ordo GHz : Lbf = 9,45 + 0 log D + 0 log f (db) Dimana : Lbf D f = redaman transmisi dasar di ruang bebas (db) = jarak antena Tx Rx (Km) = frekuensi yang digunakan (GHz) Contoh Soal : Diketahui pemancar bekerja pada frekuensi 3 GHz dengan hubungan bebas gangguan berjarak 40 Km. Hitunglah redaman ruang bebas untuk kasus diatas! Diket : f = 3 Ghz D = 40 km Ditanya : lbf =...? Jawab : Lbf = 9,45 + 0log f(ghz) + 0log D(Km) = 9,45 + 0 log 3 + 0 log 40 = 134,04 db
Gambar 10. Propagasi Gelombang Ruang Sistem Komunikasi Line of Sight (LOS) Sistem hubungan Line of Sight adalah suatu hubungan dimana antena pemancar dan antena penerima terletak dalam satu garis pandang atau garis lurus, dan perambatan gelombang radio terletak dalam daerah yang bebas hambatan (antara kedua antena tersebut tidak boleh ada benda yang menghambat / menghalangi lintasan gelombang radio) Dari defenisi diatas, maka pada sistem komunikasi LOS radio relay terestrial akan mempunyai persyaratan-persyaratan yang harus dipenuhi, dikarenakan pada sistem komunikasi ini terdapat beberapa hal yang mungkin akan menyebabkan antena pemancar dan antena penerima tidak bebas hambatan, yaitu antara lain disebabkan oleh kelengkungan bumi, ketinggian dari bangunan maupun tumbuh-tumbuhan. Sedangkan pada sistem komunikasi satelit, hambatan yang terjadi dalam sistem LOS akan relatif kecil. Sistem komunikasi LOS Radio Relay Terestrial adalah sistem hubungan LOS dimana antena pemancar dan antena penerima terletak di permukaan bumi.
Oleh karena kedua antena dari sistem ini terletak di permukaan bumi, maka pengaruh kelengkungan bumi dan benda-benda di sekelilingnya harus kita perhitungkan. Dalam propagasi, persyaratan dari sistem komunikasi ini adalah lintasan gelombang radio harus mempunyai lintasan yang bebas hambatan pada daerah Fresnell pertama. Daerah fresnell adalah suatu daerah di lapisan atmosphere yang terbentuk ellips dan berada diantara antena Tx Rx, dimana apabila pada kulit permukaan daerah tersebut terdapat benda pemantul gelombang radio maka jarak yang ditempuh oleh gelombang radio tersebut secara langsung dan yang melalui pantulan akan berselisih n. 1 Bila : Dimana : n. 1 a+b-d= n = bilangan bulat positif (0, 1,, 3,...) d a b = Jarak lintasan gelombang langsung = jarak yang ditempuh gelombang datang (incident wave) = jarak yang ditempuh oleh gelombang pantul (reflected wave) Maka daerah ellips tersebut disebut dengan daerah Fresnell
Sedangkan daerah Fresnell pertama adalah daerah Fresnell dimana selisih jarak antara gelombang langsung dan gelombang pantul adalah sebesar atau dengan kata lain daerah Fresnell yang n nya = 1 Jadi daerah Fresnell pertama : a+b-d= 1 n n=1 1 Alasan dipilihnya daerah Fresnell pertama sebagai persyaratan dari sistem komunikasi LOS radio relay terrestrial bahwa gelombang langsung dan gelombang pantul merupakan gelombang yang sephasa di antena penerima. Hal ini dapat kita buktikan sebagai berikut : 1) Perbedaan phasa dari gelombang langsung dan gelombang pantul karena selisih jarak yang ditempuh sebesar 1 (180 0 ) ) Perbedaan phasa pada gelombang pantul di titik pantul adalah sebesar (180 0 ). Jadi dari kedua hal diatas, maka perbedaan phasa antara gelombang langsung dengan gelombang pantul adalah sebesar (180 0 ) + (180 0 ) = 360 0 atau sephasa dan hal inilah yang menjadikan dasar dipilihnya daerah Fresnell pertama sebagai persyaratan sistem komunikasi LOS radio relay terresterial. Keterangan gambar : h1 = tinggi antena pemancar sebenarnya h1 = tinggi efektif antena pemancar (dalam perhitungan h1 = h1)
h = tinggi antena penerima yang sebenarnya h = tinggi efektif antena peberima (dalam perhitungan h = h) hs = Height shielding, yaitu ketinggian obstacle yang dihitung dari permukaan bumi hc = Height clereance, yaitu jarak yang dihitung dari lintasan gelombang langsung ke ujung obstacle h1d hc hd d 1 d d hs 1 K a t = Kedalaman daerah Fresnell, yaitu jarak yang dihitung dari garis lintasan gelombang langsung ke kulit daerah Fresnell I dan berada diatas obstacle (t berimpit dengan hc) t. d 1. d d d 1 = Jarak antena pemancar dengan obstacle d = Jarak antena penerima dengan obstacle a = Jarak yang ditempuh oleh gelombang datang (jarak antena Tx dengan ujung obstacle) b = jarak yang ditempuh oleh gelombang pantul setelah dipantulkan oleh obstacle (jarak antena Rx dengan ujung obstacle) Perhitungan Daya Terima Pada Sistem Los Radio Relay Terrestrial Dalam perhitungan ini diasumsikan besarnya daya yang diterima pada input penerima adalah gelombang langsung (besarnya gelombang pantul diabaikan). Untuk menghitung besarnya gelombang pantul diperlukan perhitungan yang lebih kompleks. Gambar lintasan gelombang langsung 1 hop pada sistem LOS radio relay terrestrial adalah sepert pada gambar berikut :
P(Rx) = P(Tx) L br (Tx) L fee (Tx) + G(Tx) Lbf + G(Rx) L fee (Rx) L br (Rx) Atau P(Rx) = P(Tx) L (total) + G (total) Dimana : P(Rx) P(Tx) L br (Tx) L br (Rx) Lbf L br (total) L fee (Tx) L fee (Rx) L fee (total) G(Tx) G(Rx) = Daya terima di input penerima (dbm, dbw) = Daya output pesawat pemancar (dbm, dbw) = Redaman pada branching circuit di pemancar (db) = Redaman pada branching circuit di penerima (db) = Redaman transmisi dasar di ruang bebas (db) = L br (Tx) + L br (Rx) = Redaman feeder antena di bagian pemancar (db) = Redaman feeder antena di bagian penerima (db) = L fee (Tx) + L fee (Rx) = Gain antena pada arah pancaran (db) = Gain antena pada arah penerimaan (db) Contoh Soal : Dua buah antena microwave identik beroperasi pada frekuensi 5 GHz, dengan gain db, dipisahkan dengan jarak 11 km. Jika satu sebagai pengirim dengan daya input 150 watt dan lainnya sebagai penerima. Hitunglah : a. daya terima
b. Jika antena penerima diganti dengan antenayang berpolarisasi berbeda, namun gain tetap. Berapa daya terimanya (Asumsi Lpol = 5 db) Diket : f = 5 GHz G(tx) = G(rx) = db D = 11 km P(tx) = 150 watt Ditanya : a. P(rx) =? b. Jika Lpol penerima =5 db P(rx) =? Jawab : a. P(tx) = 150 watt = dbw Lbf = 9,45 + 0 log D + 0 log f = 9,45 + 0log5 + 0log11 = 9,45 + 13,98 + 40,98 = 147,41 db Ltotal = Lbf = 147,41 db Gtotal = G Tx + T Rx = + = 44 db P(Rx) = P(Tx) Ltotal + Gtotal = - 147,41 + 44 =-81, 41 dbw = 10 (-81,41/10) = 7, nwatt b. Lpol = 5 db Ltotal = Lbf + Lpol = 147,41 + 5 = 15,41 db P(Rx) = P(Tx) Ltotal + Gtotal = 15,41 + 44 = -86,41 dbw = 10 (-86,41/10) =,8 nwatt. Spektrum Gelombang Radio pada Aplikasi Sistem Telekomunikasi a. Pengertian Spektrum Frekuensi Gelombang Radio
Spektrum frekuensi radio merupakan susunan pita frekuensi radio yang mempunyai frekuensi lebih kecil dari 3000 GHz sebagai satuan getaran gelombang elektromagnetik yang merambat dan terdapat dalam dirgantara Penepatan spektrum frekuensi radio bertujuan untuk menghindari terjadinya gangguan (interferensi) dan untuk menetapkan protokol demi keserasian antara pemancar dan penerima. Alokasi spektrum frekuensi radio di Indonesia mengacu pada tabel alokasi spektrum frekuensi yang dikeluarkan secara resmi oleh International Telecommunication Union (ITU) untuk wilayah 3 pada peraturan radio edisi 008. Alokasi frekuensi ITU juga menjadi acuan bagi negara-negara lain di dunia. Peraturan tentang alokasi frekuensi radio diatur oleh menteri komunikasi dan informatika dalam peraturan meteri nomor 9 tahun 009 yang dikeluarkan tanggal 30 Juli 009. b. Alokasi Spektrum frekuensi Gelombang Radio Berikut ini adalah alokasi spektrum frekuensi radio international yang ditetapkan berdasarkan penentuan penggunanya : 1) Tremendously Low Frequency (TLF) Bekerja pada band frekuensi < 3 Hz. TLF digunakan untuk natural electronic noise. ) Extremely Low Frequency (ELF) Bekerja pada band frekuensi antara 3 sampai 30 Hz. ELF digunakan oleh Angkatan Laut Amerika Serikat untuk berkomunikasi dengan kapal selam di bawah permukaan air. Karena konduktivitas listrik air garam, kapal selam dilindungi dari sebagian besar komunikasi elektro-magnetik. Namun sinyal pada ELF bisa menembus lebih dalam. Tingkat transmisi data yang rendah setingkat beberapa karakter per menit, membatasi penggunaannya sebagai saluran komunikasi. Umumnya sinyal ELF dipakai untuk memerintahkan kapal selam agar pergi ke kedalaman periskop dan mengawali beberapa bentuk kontak lainnya. Salah satu kesulitan yang ditunjukkan saat penyiaran pada jarak frekuensi ELF ialah ukuran antena.
Ini menggunakan kawat listrik panjang sebagai antena, dalam banyak untaian sepanjang dari 14 sampai 8 mil (,5 sampai 45 kilometer). Karena antena yang tidak efisien, dibutuhkan sejumlah besar tenaga listrik untuk mengoperasikan sistem ELF. 3) Super Low Frequency (SLF) Bekerja pada band frekuensi 30 Hz sampai 300 Hz. Jarak frekuensi ini termasuk frekuensi jaringan daya arus searah (50 Hz dan 60 Hz). PC dengan kartu suara terpadu banyak digunakan sebagai pengganti receiver radio untuk kisaran frekuensi ini, karena ukurannya yang kecil dan biaya yang rendah. Sinyal yang diterima kartu suara dengan kumparan atau kabel antena dianalisis oleh perangkat lunak algoritma Fast Fourier Transform dan diubah ke dalam suara yang dapat didengar. 4) Ultra Low Frequency (ULF) Bekerja pada band frekuensi 300 Hz sampai 3000 Hz. Digunakan untuk komunikasi kapal selam. 5) Very Low Frequency (VLF) Bekerja pada band frekuensi 3 khz sampai 30 khz. Karena tidak banyak bandwidth-nya maka hanya sinyal yang sangat sederhana yang dapat digunakan seperti untuk navigasi radio. Gelombang VLF dapat menembus air hingga kedalaman sekitar 10 sampai 40 meter, tergantung pada frekuensi yang digunakan dan salinitas air. VLF digunakan untuk berkomunikasi dengan kapal selam di dekat permukaan, untuk navigasi radio beacon (alfa) dan sinyal waktu (beta). 6) Low Frequency (LF) Bekerja pada band frekuensi 30 khz sampai 300 khz. Di Eropa dan bagian dari Afrika Utara dan Asia, spektrum LF digunakan untuk penyiaran gelombang siaran AM. Di belahan bumi barat, penggunaan utamanya adalah untuk sinyal pesawat, navigasi, informasi, dan sistem cuaca. Juga dikenal sebagai gelombang kilometer sebagai panjang gelombang berkisar dari satu sampai sepuluh kilometer. 7) Middle Frequency (MF)
Bekerja pada band frekuensi 300 khz sampai 3 MHz. Bagiannya adalah gelombang menengah (MW) siaran AM. MF juga dikenal sebagai gelombang hectometer sebagai kisaran panjang gelombang dari sepuluh ke satu hectometers (1.000 sampai 100 m). Propagasi MF sering melalui gelombng tanah. Propagasi gelombang pada frekuensi ini mengikuti kelengkungan bumi atas permukaan konduktif seperti laut dan tanah yang lembab. Di laut, MF komunikasi biasanya dapat didengar selama beberapa ratus mil. 8) High Frequency (HF) Bekerja pada band frekuensi 3 30 MHz, dan biasanya digunakan untuk radio komunikasi jarak jauh karena sifat gelombangnya yang dapat memantul sehingga tidak memliki efek hambatan pada objek. Dan ditambah lagi dengan kemampuan frekuensi ini untuk memantul pada lapisan ionosphere, sehingga jarak sejauh apapun dapat dijangkau oleh frekuensi ini, dengan catatan dalam keadaan cuaca yang cukup bagus. Noise yang terjadi pada sistem ini cukup besar karena media lintasannya berupa lapisan ionosphere yang proses ionisasinya tergantungan pada sinar matahari. Tidak dapat digunakan untuk hubungan 4 jam karena tinggi lapisan ionosphere selalu berubah-ubah antara siang dan malam. 9) Very High Frequency (VLF) Bekerja pada band frekuensi 30 MHz ke 300 MHz. Pada umumnya yang menggunakan VHF adalah siaran radio FM, siaran televisi, pemancar telepon genggam darat (darurat, bisnis, dan militer), komunikasi data jarak jauh dengan modem radio, Radio Amatir, komunikasi laut, komunikasi kendali lalu lintas udara dan sistem navigasi udara. 10) Ultra High Frequency (UHF) Bekerja pada band frekuensi 300 MHz sampai dengan 3 GHz. Panjang gelombang berkisar dari satu sampai 10 desimeter atau sekitar 10 cm sampai 1 meter, sehingga UHF juga dikenal sebagai gelombang desimeter. 11) Super High Frequency (SHF)
Bekerja pada band frekuensi 3 GHz dan 30 GHz. Ini dikenal sebagai gelombang sentimeter, yaitu rentang panjang gelombang 10 sampai 1 cm. Frekuensi ini digunakan untuk microwave, WLAN, dan radar. 1) Extremely High Frequency (EHF) Bekerja pada band frekuensi 30 sampai 300 GHz, di atasnya adalah inframerah cahaya, juga disebut sebagai radiasi Terahertz. Band ini memiliki panjang gelombang sepuluh sampai satu milimeter. Dibanding dengan band yang lebih rendah, teresterial radio sinyal pada bnad ini sangat rentan terhadap atmosfer redaman. EHF umumnya digunakan dalam radio astronomy. 13) Tremendously High Frequency (THF) Bekerja pada band frekuensi 300 sampai 3000 GHz. Digunakan untuk dinamika molekuler, spektroskopi, komputasi dan penginderaan jauh. Sehingga pembagian spektrum gelombang radio dapat di rangkum seperti pada tabel berikut : Tabel. Spektrum gelombang radio Frekuensi Panjang Nama Media transmisi Kegunaan Gelombang < 3 Hz >10 8 m Tremendously Low Frequency (TLF) 3 30 Hz 10 7 10 8 m Extremely Low Frequency (ELF) 30 300 10 6 10 7 m Super Low Hz Frequency (SLF) Natural Electromagnetic Noise Kawat listrik Komunikasi kapal panjang selam PC dengan kartu suara terpadu sebagai pengganti receiver radio 300 10 5 10 6 m Ultra Low Komunikasi kapal 3000 Hz Frequency (ULF) selam 3 30 10 4-10 5 m Very Low Kabel kawat ganda Navigasi jarak
KHz Frequency gelombang jauh audio, 30 300 (VLF) 10 3-10 4 m Low Frequency panjang Kabel kawat ganda telepon Navigasi jarak KHz (LF) gelombang jauh 300 KHz 100 1000 m Medium panjang Kabel koaksial Pemancar AM, 3 MHz Frequency (MF) gelombang Radio amatir 3 30 10-100 m High Frequency panjang Kabel koaksial Radio amatir, MHz (HF) gelombang pendek telepon mobil, komunikasi 30 300 1 10 m Very High Pemandu militer, radio CB TV, Radio FM, MHz Frequency gelombang Radar, Radio (VHF) (waveguide) jarak pendek, 300 MHz 10 100 cm Ultra High Pemandu peralatan militer TV, Radar, satelit 3 GHz Frequency gelombang komuniaksi (UHF) (waveguide) antariksa, transmisi 3-30 1 10 cm Super High Pemandu gelombang mikro Transmisi GHz Frequency gelombang gelombang mikro, (SHF) (waveguide) radar, komunikasi 30 300 1 10 mm Extremely High Pemandu antariksa Transmisi GHz Frequency gelombang gelombang mikro, (EHF) (waveguide), radar, radio gelombang mikro astronomi, komunikasi 300 0,1 1 mm Tremendously antariksa Dinamika 3000 High Frequency molekuler, GHz (THF) spektroskopi,
komputasi dan penginderaan 10 14 3.10-4 3.10-6 Ultra ungu, Serat optic, laser jauh Transmisi data 10 16 Hz cm cahaya nampak, infra merah Salah satu pertanyaan klasik yang sering muncul adalah mana yang jangkauannya lebih jauh, frekuensi tinggi atau frekuensi rendah? Perlu diingat lagi bahwa semakin tinggi frekuensi, pancaran maupun tangkapannya memang semakin mudah diarahkan, namun rugi (loss) daya persatuan panjang jarak tempuh juga semakin tinggi. Oleh karena itu, pemilihan frekuensi terkait dengan jenis pemakaiannya perlu mempertimbangkan kelayakan implementasinya. D. Rangkuman 1. Propagasi gelombang radio adalah proses perambatan gelombang radio mulai dari dipancarkan oleh pemancar sampai ke penerima.. Berdasarkan perambatan gelombang, lintasan propagasi gelombang radio dibagi atas : a. Gelombang tanah (ground wave) 1) Gelombang radio yang perambatannya selalu mengikuti bentuk permukaan bumi / tanah. ) Bekerja pada frekuensi < MHz 3) Sifat perambatannya sangat dipengaruhi oleh karakteristik permukaan bumi (konduktivitas dan dielektrik) 4) Redaman gelombang tanah berbanding lurus terhadap impedansi permukaan tanah. b. Gelombang langit (sky wave) 1) Gelombang radio yang merambat langsung ke atas bumi, ke dalam atmosphere, dan dalam kondisi-kondisi tertentu dapat dipantulkan kembali ke bumi oleh lapisan ionosphere. ) Bekerja pada frekuensi 30 MHz
3) Digunakan untuk sistem komunikasi jarak jauh c. Gelombang ruang (space wave) 1) Gelombang radio yang perambatannya dari antena pemancar ke antena penerima melalui ruang bebas ) Bekerja pada frekuensi > 30 MHz 3) Dalam perambatannya, gelombang ruang mengalami macam kehilangan energi yaitu akibat penyebaran di antena pemancar dan redaman di lapisan atmosfir 3. Spektrum frekuensi radio merupakan susunan pita frekuensi radio yang mempunyai frekuensi lebih kecil dari 3000 GHz sebagai satuan getaran gelombang elektromagnetik yang merambat dan terdapat dalam dirgantara. 4. Penepatan spektrum frekuensi radio bertujuan untuk menghindari terjadinya gangguan (interferensi) dan untuk menetapkan protokol demi keserasian antara pemancar dan penerima. 5. semakin tinggi frekuensi, pancaran maupun tangkapanya memang semakin mudah diarahkan, namun rugi (loss) daya persatuan panjang jarak tempuh juga semakin tinggi. Oleh karena itu, pemilihan frekuensi terkait dengan jenis pemakaiannya perlu mempertimbangkan kelayakan implementasinya. E. Daftar Pustaka Divlat PT. Telkom, 1996, Dasar-Dasar transmisi, Bandung Kementerian Telekomunikasi dan Informatika. "Tabel Alokasi Spektrum Frekuensi Radio Indonesia" (PDF). Diakses tanggal 07 April 018. Pramudi Utomo, dkk. 008. Teknik Telekomunikasi Jilid 1. Direktorat Jenderal manajemen Pendidikan Dasar dan menengah Departemen Pendidikan Nasional. Jakarta.