3-SALURAN TRANSMISI

37
SALURAN TRANSMISI Leni Devera Asrar ITBU

Transcript of 3-SALURAN TRANSMISI

Page 1: 3-SALURAN TRANSMISI

SALURAN TRANSMISI

Leni Devera Asrar

ITBU

Page 2: 3-SALURAN TRANSMISI

Apakah saluran transmisi ???

Setiap bentuk hubungan secara listrik, yang berupa kawat penghantar, kabel dll yang menghubungkan suatu sinyal ke beban.

Page 3: 3-SALURAN TRANSMISI

Gambar 1-1

Beberapa Bentuk Saluran Transmisi

Page 4: 3-SALURAN TRANSMISI

Hal yang terjadi bila koneksi antara sumber

sinyal dan beban sedang berlangsung :

Arus yang mengalir di sepanjang saluran itu akan membangkitkan suatu medan magnet yang menyelimuti penghantar itu sendiri.

Tegangan yang ada diantara dua kawat penghantar akan membangkitkan medan listrik. Gejala ini menimbulkan kapasitansi diantara dua kawat sejajar.

Pada pasangan kawat penghantar itu sinyal akan dirambatkan menuju ke ujung lain dari penghantar dengan kecepatan tertentu, maka waktu tempuh dari rambatan sinyal itu juga akan semakin lama.

Page 5: 3-SALURAN TRANSMISI
Page 6: 3-SALURAN TRANSMISI

Gambar 1.2.b

Untuk saluran yang panjang maka

induktansi dan kapasitansi akan menyebar

dan terdistribusi secara merata pada

sepanjang saluran.

Page 7: 3-SALURAN TRANSMISI

Medan Elektromagnetik

medan magnet dan medan listrik selalu

saling tegak lurus.

Tegangan, arus dan medan magnet saling

memiliki pengaruh timbal balik :

Jika pada medan elektromagnetik mengalir

arus mengikuti suatu kawat penghantar,

tegangan berubah ME akan mengikuti

perubahan tersebut.

Jika sesuatu hal menyebabkan ME berubah

tegangan & arus akan mengikutinya.

Page 8: 3-SALURAN TRANSMISI

Bagian diantara dua kawat penghantar

merupakan bagian yang paling padat ME yang

menyelimuti penghantar berarus listrik.

Harga konstanta dielektrik dari bahan isolator

merupakan harga relatif terhadap harga

konstanta dielektrik dari ruang hampa.

Misal : k=2

Kekuatan medan listrik pada bahan isolator tsb akan

menjadi setengahnya dibanding bila bahan isolator

diganti dengan udara / ruang hampa.

Page 9: 3-SALURAN TRANSMISI

Kecepatan merambat ME disepanjang (juga

diantara) kawat penghantar ditentukan oleh

besarnya harga konstanta dielektrik dari suatu

isolator.

V : kecepatan (m/s)

K : konstanta dielektrik bahan isolator

kV

810.3

Page 10: 3-SALURAN TRANSMISI
Page 11: 3-SALURAN TRANSMISI

Panjang Gelombang ( )

Bila suatu sinyal frekuensi tinggi merambat

pada suatu saluran transmisi, maka panjang

gelombang sinyal tersebut didalam saluran

akan tergantung kepada harga k dari

bahan isolar saluran.

fk .

10.3 8

Page 12: 3-SALURAN TRANSMISI

Contoh :

1. Berapakah panjang gelombang suatu

sinyal sinusoidal dengan frekuensi 20,7

MHz yang merambat pada suatu saluran

dengan bahan isolator polyethylene ?

2. Berapakah frekuensi yang merambat

pada suatu saluran dengan bahan isolator

polystyrene ?

Page 13: 3-SALURAN TRANSMISI

Kecepatan Rambat

Kecepatan rambat gelombang dalam saluran

transmisi tanpa rugi-rugi :

l : panjang potongan saluran

L : induktansi total dari kedua saluran

sepanjang l (Henry)

C : kapasitansi antar saluran sepanjang l

(Farad)

LCsmkecepa

l)/(tan

Page 14: 3-SALURAN TRANSMISI

Impedansi Karakteristik (Zo)

Karena waktu tempuh gelombang dalam saluran

adalah tertentu maka gelombang yang menjalar

dalam saluran tidak akan tahu apa yang ada

diujung lain saluran tersebut.

Arus dan tegangan diantara dua penghantar yang

menjalar di dalam saluran, memandang saluran

sebagai impedansi.

forwardarus

forwardteganganZo

Page 15: 3-SALURAN TRANSMISI

Gambar 1-3

Pengukuran Impedansi Karakteristik

Page 16: 3-SALURAN TRANSMISI

Impedansi yang dipandang pada titik 1’-2’

(jarak titik 1’-2’ ke 1-2 berhingga) ke arah

kanan sebesar Zo tetapi dengan level

tegangan dan arus yang lebih kecil

dibanding pada titik 1-2.

Bila impedansi pada 1’-2’ diganti dengan

beban lain sebesar Zo maka impedansi di

titik 1-2 akan sebesar Zo juga.

Page 17: 3-SALURAN TRANSMISI

Impedansi saluran tanpa rugi-rugi :

Gambar 1-4

Impedansi Karakteristik Saluran Transmisi dan Saluran Dua Kawat

Sejajar

C

LZo

Page 18: 3-SALURAN TRANSMISI

Contoh :

1. Berapakah impedansi karakteristik saluran

kawat sejajar bila induktansi setiap kawat

adalah 0,25 µH per meter dan kapasitansi

antar kawat sebesar 30 pF per meter.

Solusi :

C

LZo

1291030

105,012

6

x

xZo

Page 19: 3-SALURAN TRANSMISI

Soal :

1. Berapakah impedansi karakteristik suatu

kabel koaksial dengan polystyrene sebagai

isolator antara konduktor inner dan outner.

Diameter konduktor outner adalah 5 mm

dan inner 0,8 mm.

Page 20: 3-SALURAN TRANSMISI

Refleksi ( )

Jika sinyal yang merambat mencapai ujung

saluran dimana beban berada :

ZL = Zo : seluruh daya sinyal diserap

ZL ≠ Zo : sebagian sinyal akan memantul dan

kembali ke sumber.

Koefisien Refleksi Perbandingan level

tegangan yang datang ke beban dan

kembali ke sumber.

Page 21: 3-SALURAN TRANSMISI

Koefisien refleksi :

10

0

0

ZZ

ZZ

Vforward

Vrefleksi

L

L

Page 22: 3-SALURAN TRANSMISI

Contoh :

Sebuah saluran transmisi dengan impedansi karakteristik

200 ohm dan impedansi beban 300 ohm.

Jika tegangan forward / tegangan yang merambat menuju

beban 10 volt, tentukan :

a. Koefisien refleksi

b. Tegangan yang direfleksikan

c. Tegangan pada beban

Solusi :

a. Koefisien refleksi :

b. Tegangan yang direfleksikan :

c. Tegangan pada beban :

2,0200300

200300

0

0

ZZ

ZZ

L

L

voltVxV 2

voltVVVL 12

Page 23: 3-SALURAN TRANSMISI

Daya (P)

Z

V

R

VP

R

VI,VIP

22

PPP:bebanolehdikonsumsiyangDaya

PΓZo

VP:refleksiDaya

Zo

VP:forwardDaya

L

2

2

2

Page 24: 3-SALURAN TRANSMISI

Dari gambar diatas tentukanlah :

a. Daya forward / daya input

b. Daya refleksi

c. Daya yang dikonsumsi oleh beban

Page 25: 3-SALURAN TRANSMISI

Rangkaian Ekivalen pada Saluran

Transmisi

Terdiri : resistansi dan induktansi seri,

kapasitansi serta shunt (konduktansi).

Gambar 1-5

Rangkaian Model Suatu Saluran Transmisi

Page 26: 3-SALURAN TRANSMISI

Arus yang mengalir di sepanjang saluran

transmisi akan menimbulkan suatu medan

magnet di sepanjang saluran sehinga timbul pula

suatu tegangan induksi sebesar L di/dt.

Induktansi L ini juga terdistribusi merata

sepanjang saluran (H/m).

Kapasitansi C yang terdistribusi sepanjang

saluran timbul karena dua konduktor pada

saluran transmisi yang sejajar.

Konduktansi G merupakan akibat

ketidaksempurnaan isolator antara kedua kawat

menghantar (mho/meter)

Page 27: 3-SALURAN TRANSMISI

Gelombang Berjalan Dalam Saluran

Tanpa Rugi-rugi

Sumber es diumpankan

ke saluran transmisi,

maka akan muncul dua

buah gelombang yang

berbeda yaitu gelombang

datang (incident wave)

(generator beban)

dan gelombang pantul

(reflected wave) (beban

generator).

Note : tanpa rugi-rugi

( R = G = 0 )

Page 28: 3-SALURAN TRANSMISI

Gelombang Berjalan Dalam Saluran

Tanpa Rugi-rugi

Pada gambar, arus yang

mengalir dari beban ZL

ke generator adalah

negative (polaritas),

tergantung pada Zo & ZL.

Adanya kemungkinan

gelombang pantul dari

beban ujung generator

beban, sehingga akan

terjadi suatu multi

reflection (pantulan

berulang-ulang).

Page 29: 3-SALURAN TRANSMISI

Besar kecilnya gelombang refleksi

ditentukan oleh koefisien refleksi ( ).

)(tV

ZZ

ZV

ZZ

ZZ

ZZ

ZZ

g

go

o

og

og

g

oL

oL

L

Page 30: 3-SALURAN TRANSMISI

Contoh :

Dari gambar dibawah, hitunglah tegangan

dan arus pada ujung beban dan ujung

generator dimana Vg(t) adalah 32 volt.

Page 31: 3-SALURAN TRANSMISI

Penurunan Persamaan Umum

Saluran Transmisi

Jika saluran transmisi di potong sepanjang ∆x

maka akan didapatkan suatu persamaan :

)(0

)(

)()(

diabaikanIxRx

IxRxLjRxIxVx

VxVxxRIxIxxLjIxVx

VxCjGx

Ix

LjRIxx

Vxsehingga

LjRxIxVx

)(

)(:

)(

Page 32: 3-SALURAN TRANSMISI

Dengan mendifferensialkan :

YVxx

Ix

ZIxx

Vxmaka

CjGY

LjRZana

::

:dim

ZYVxx

Vxmaka

VxYx

Ixkansubstitusidan

x

IxZ

x

Vxmaka

ZIxx

Vx

2

2

2

2

:

:

:

Page 33: 3-SALURAN TRANSMISI

Gambar 1-6

Sepotong Saluran Transmisi Sepanjang ∆x

Page 34: 3-SALURAN TRANSMISI

Fungsi exponensial

Jika didifferensialkan :

Dari persamaan :

ZYxZYx eBeAVx

)( ZYxZYx eBeAZYx

Vx

x

Vx

ZIxmaka

ZIxx

Vx

1:

Page 35: 3-SALURAN TRANSMISI

Maka :

Impedansi karakteristik (Zo)

Karena saluran tanpa rugi-rugi hanya terdiri dari

L & C, maka :

)(1 ZYxZYx eBeA

Y

ZIx

CjG

LjR

Y

ZZ

0

C

LZ 0

Page 36: 3-SALURAN TRANSMISI

Besaran dinamakan konstanta propagasi ( )

menunjukkan adanya perubahan phasa tegangan dan

arus terhadap posisi x.

Sehingga :

dimana :

ZY

)()( CjGLjRZY

xx

o

xx

eBeAZ

Ix

eBeAVx

(1

)

geltiaptegBdanA

pantulgeleB

gdageleA

x

x

:

:

tan:

Page 37: 3-SALURAN TRANSMISI

Contoh :

Suatu saluran kawat sejajar yang beroperasi pada frekuensi 1000 Hz

mempunyai karakteristik sebagai berikut :

R = 14 Ω/km ; L = 4,6 mH/km ;

C = 0,01 µF/km ; G = 0,3 µmho/km

Tentukan konstanta propagasi !

Solusi :

oZY

G

CarcCjG

CjGY

R

LarcLjR

LjRZ

9,760449,0

tan)(

tan)(

22

22