Bab VI

Chapter 15: Radio-Wave Propogation

1

BAB 6Propagasi Gelombang Radio


2

Pendahuluan

Gelombang Radio adalah salah satu bentuk radiasi electromagnetik

Radiasi Elektromagnetik mempunyai dua sifat: Berkelakuan sebagai gelombang Berkelakuan sebagai particle-partikel (photon)

Untuk frekuensi radio, model gelombang adalah lebih sesuai dan banyak digunakan.

Gelombang elektromagnetik dapat dibangkitkan dengan banyak cara, tetapi kesemuanya selalu berkaitan dengan muatan listrik yang bergerak.


3

Spektrum Elektromagnetik


4

Gelombang Elektromagnetik

Transmisi Elektromagne-tik merambat di ruang sebagai gelombang Transversal

Gelombang dikarakteris-tikkan dengan frekuensi dan panjang gelombang

v f


5

Wireless Spectrum


6

Band Frekuensi Radio (ITU) ELF SLF ULF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF

3-30 Hz Extremely Low Frequency 30-300 Hz Super Low Frequency 300 Hz-3 kHz Ultra Low Frequency 3-30 kHz Very Low Frequency 30-300 kHz Low Frequency 300 kHz-3 MHz Medium Frequency 3-30 MHz High Frequency 30-300 MHz Very High Frequency 300 MHz-3 GHz Ultra High Frequency 3-30 GHz Super High Frequency 30-300 GHz Extremely High

Frequency


7

P Band 0.23 - 1 GHz L-Band 1 - 2 GHz S-Band 2 - 4 GHz C-Band 4-8 GHz X-Band 8-12.5 GHz Ku-Band 12.5-18 GHz K Band 18-26.5 GHz Ka Band 26.5-40 GHz U Band 40-60 GHz

Band Frekuensi Radio (IEEE)(Alternatif)


8

Medan-medan Listrik & Magnetik

Gelombang elektromagnetik merambat diruang bebas terdiri dari medan-medan listrik dan magnetik, tegak lurus satu sama lain dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang

Hubungan antara intensitas medan listrik dan magnetik adalah analogi dengan hubungan antara tegangan dan arus dalam rangkaian

Hubungan ini diekspresikan dengan : H

EZ


9

Rapat Daya

Rapat daya diruang adalah jumlah daya yang mengalir melalui satuan luasan meter persegi dari suatu permukaan yang tegak lurus terhadap arah rambat

dimana , E = kuat medan listrik Z = impedansi intrinsik

ruangZ

EPD

2


10

Gelombang Datar dan Gelombang Bola

Sumber gelombang elektromagnetik yang paling sederhana adalah suatu titik di ruang, dengan gelombang yang memancar (radiasi) merata sama besar kesegala arah. Sumber ini disebut radiator isotropic

Bentuk permukaan yang ditembus oleh gelombang dengan phase sama yang berasal dari radiator isotropis adalah berbentuk bola.


11

Radio Wave TiltingRadio Wave Tilting

TxTxTxTx

00

11 22

nn

Wave front Wave front tilting


12

Polarisasi melingkar

Polarisasi dari gelombang datar adalah merupakan arah dari vektor medan listrik

Gelombang dapat berputar dalam salah satu arah - mis: right-handed bila berputar searah jarum jam


13

Propagasi Free-Space (ruang bebas)

Gelombang radio merambat melalui ruang bebas dalam garis lurus dengan kecepatan cahaya (300,000,000 m/s)

Tidak ada daya/energi yang hilang dalam ruang bebas, tetapi terdapat redaman yang disebabkan oleh menyebarnya gelombang.


14

Antena

Antena pemancar digunakan sebagai mekanisme untuk mengubah energi listrik yang merambat dalam kabel menjadi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan ke udara.

Antena penerima menginduksikan arus ke elemen-elemennya dari medan listrik dan magnetik di udara


15

Dipole ½ Panjang Gelombang

Radiator isotropik ideal akan meradiasikan gelombang ke segala arah, secara praktis tidak bisa direalisasikan.

Antena praktis dasar adalah antena ½ panjang gelombang.


16


17

Efisiensi antena

antenakediberikanyangtotaldayaP

radiasidayaP

R

R

P

P

T

r

T

r

t

r

:dimana


18


19

dBi/dBd

Gain dari dipole dalam arah radiasi maksimum adalah 2.14 dBi dibandingkan dengan radiator isotropik.

Gain antena lainnya dalam dBd adalah dibandingkan dengan gain antena dipole, kalau akan dinyatakan dalam dBi harus ditambah dengan 2.14 dB.


20

EIRP dan ERP

EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) adalah perkalian dari daya yang diberikan ke antena dan gainnya dibandingkan terhadap radiator isotropik.

ERP (Effective Radiated Power) adalah perkalian dari daya yang diberikan ke antena dan gainnya dibandingkan terhadap dipole

TTGPEIRP


21

Gain dan Direktivitas

Direktivitas adalah merupakan arah pancaran antena dan mempengaruhi gainantena.

Gain adalah perkalian direktivitas dan efisiensi antena.

antenaefisiensi

antenakediumpankandiberikanyangdayaP

totalradiasiDayaP

PP

T

X

TX

/

:dimana

DG


22

Gain Antena Pemancar

Dalam sistem komunikasi praktis, perlu mengetahui kuat sinyal pada input penerima.

Hal ini tergantung pada daya pancar dan jarak dari pemancar ke penerima, dan juga tergantung pada antena pemancar dan penerima.

Dua karakteristik penting antena adalah: Gain/ penguatan antena pemancar Luasan efektif antena penerima menangkap sinyal

Antena mempunyai gain dalam arah dimana sebagian besar antena diradiasikan.


23

Gain Antena Penerima

Antena penerima menyerap sebagian energi gelombang radio yang melaluinya.

Semakin besar gain antena penerima semakin banyak daya yang diserap (berkaitan dengan luasan permukaan antena)

Antena penerima juga mempunyai gain sama dengan antena pemancar.

Daya yang diambil di antena penerima merupakan fungsi dari gain dan ukuran pisik antena


24

Impedansi

Tahanan Radiasi dari antena dipole ½ gelombang di ruang bebas adalah mendekati 70 ohm.

Impedansi bersifar resistif pada frekuensi resonansi.


25

Efek bumi pada polaradiasi antena


26

Redaman Free Space

Suatu radiator isotropic akan menghasilkan gelombang berbentuk bola (spheric)

Rapat daya dari suatu radiator isotropic adalah daya total dibagi dengan luas permukaan bola :

PD Pt

4r 2


27

RF RF Free Space LossFree Space Loss

XPt

Rapat Daya Pd = Pt /4r2 Watt/m2

r


28

Rugi Lintasan Rugi ruang bebas (Free-space) adalah

perbandingan antara daya yang diterima dengan daya yang dipancarkan

Rugi seperti ini disebut rugi ruang bebas (free-space) atau path loss (rugi lintasan)


29

Refleksi, Refraksi, dan Difraksi

Terdapat tiga sifat yang sama antara cahaya dan gelombang radio.

Untuk refleksi dan refraksi, pengaruh permukaan lebih besar daripada panjang gelombang; bila tidak, maka difraksi yang akan muncul.


30

Refleksi

Refleksi (pantulan) gelombang dari permukaan halus (smooth) (disebut : specular reflection) mengakibatkan sudut pantul sama dengan sudut datang


31

Tipe lain Refleksi

Corner reflector Parabolic reflector Diffuse Reflection


32

Refraksi Perubahan dari satu

medium ke medium lain menghasilkan pembelokkan gelombang radio, seperti halnya cahaya

Hukum Snell menunjukkan kelakuan dari gelombang elektromagnetik yang di refrasikan :

n1 sin1 n2 sin2


33

Difraksi

Sebagai akibat difraksi, gelombang elektromagnetik nampak “melingkar disekitar tonjolan”

Difraksi lebih jelas bila ujung objek tajam, yaitu bila dimensi obyek kecil dibandingkan dengan panjang gelombang


34

Height

N0 300

Height

N0 300

Profil Profil Radio RefractivityRadio Refractivity


35

N0 300

Height

N0 300

Radio Refractivity


36

Propagasi Gelombang Tanah (Ground-Wave)

Kebanyakan, gelombang radio tidak selalu berada dalam kondisi “free-space”

Mode propagasi : Gelombang tanah (Ground wave)

Didapatkan bahwa pada frekuensi sampai dengan 2 Mhz, gelombang elektromagnetik tidak dapat menembus ionosfer

Gelombang angkasa (Sky wave) Gelombang Elektromagnetik “direfleksikan” oleh ionosfer.

Propagasi Line-of-sight Diatas 30 Mhz ionosfer “dapat ditembus” gelombang EM


37

Propagasi Gelombang Tanah (Ground Wave)


38

Mengikuti contour bumi Dapat merambat pada jarak tertentu Frekuensi sampai 2 MHz Contoh :

Gelombang Radio AM, Komunikasi untuk navigasi,

Propagasi Gelombang Tanah (Ground Wave)


39

Propagasi Gelombang Angkasa (Sky Wave)


40

Sinyal dipantulkan dari lapisan ionofer kembali ke bumi

Sinyal dapat menjalar dalam beberapa lintasan, bolak-balik antara ionosfer dan permukaan bumi

Efek pantulan disebabkan oleh refraksi Contoh :

Radio Amatir Radio CB

Propagasi Gelombang Angkasa (Sky Wave, 2 – 30 MHz)


41

Komunikasi jarak-jauh pada band frekuensi tinggi, dimungkinkan karena adanya refraksi didaerah atmosfer yang disebut ionosfer

Ionosfer dibagi menjadi tiga daerah yang disebut lapisan D, E, dan F

Ionisasi berbeda untuk ketinggian diatas bumi yang berbeda dan dipengaruhi oleh waktu (siang-malam) dan aktivitas matahari.

Propagasi Gelombang Angkasa (Sky Wave)


42


43

Propagasi Line-of-Sight (diatas 30 MHz)


44

Propagasi Line-of-Sight

Sinyal pada VHF dan range yang lebih tinggi tidak selamanya dapat dikembalikan ke bumi oleh ionosphere

Kebanyakan komunikasi terrestrial menggunakan frekuensi-frekuensi yang diradiasikan langsung dari pemancar ke penerima

Tipe propagasi ini disebut propagasi gelombang ruang (space-wave), garis pandang (line-of-sight), atau propagasi troposfer


45

Propagasi Line-of-Sight Pemancar dan Penerima harus dalam garis pandang

(line of sight) Komunikasi satelite – sinyal diatas 30 MHz tidak dipantulkan oleh

ionosfer Komunikasi di Bumi (Terrestrial) – antena harus berada dalam

garis effective karena adanya refraksi

Refraksi – pembelokan gelombang mikro oleh atmosfer Kecepatan gelombang elektromagnetik merupakan fungsi

kerapatan medium Bila gelombang berubah medium, kecepatan akan berubah. Gelombang akan dibelokkan pada bidang batas antar medium


46

Persamaan Line-of-Sight LOS, secara optik (Penerima harus bisa melihat

pemancar) :

LOS efektif, atau radio (Penerima bisa “melihat” sinyal yang dikirim) :

d = jarak antara antenna dan horizon (km) h = Tinggi antenna (m) K = faktor kelengkungan bumi, karena sifat

refraksi, misal : K = 4/3

hd 57.3

hd 57.3


47

Gangguan-gangguan pada Sistem Transmisi LOS Redaman dan distorsi redaman Rugi ruang bebas Noise/derau Penyerapan oleh Atmosphere Lintasan jamak Refraksi Thermal noise


48

Redaman (atenuasi) Kuat sinyal akan menurun terhadap jarak pada

saat merambat di media transmisi. Karena adanya redaman, maka untuk media non

kabel: Sinyal yang diterima harus cukup kuat sehingga

rangkaian dlm penerima dapat menginterprestasikan sinyal dengan benar.

Sinyal harus dijaga pada level cukup tinggi daripada derau agar pesan dapat diterima tanpa error

Redaman lebih besar pada frekuensi yang lebih besar, sehingga menyebabkan distorsi


49

Rugi Free Space Rugi Ruang bebas, antena isotropik ideal

Pt = daya sinyal antena pemancar

Pr = daya sinyal antena penerima = panjang gelombang carrier d = jarak propagasi antar antena c = Kecepatan cahaya (3 10-8 m/s)

Dimana d dan sama satuannya (misal: meter)

2

2

2

2 44

c

fdd

P

P

r

t


50

Gangguan Lainnya Penyerapan oleh atmosfer – uap air dan

oksigen Lintasan jamak (Multipath) – halangan

yang memantulkan sinyal. Refraksi – membelokkan gelombang radio

saat merambat di atmosphere


51

Mode Propagasi Lainnya Tropospheric Scatter – memungkinkan peng-

gunaan penghamburan (scattering) gelombang radio di lapisan troposfer untuk merambatkan sinyal dalam range frekuensi 250 MHz –5 GHz .


52

Ducting

Pada kondisi tertentu, khususnya sepanjang daerah berair (laut), akan terbentuk lapisan superrefraktif di troposphere yang akan mengembalikan sinyal ke bumi

Sinyal dapat merambat jauh karena lintasan bolak-balik akibat pantulan bumi dan refraksi dari lapisan superrefraktif tersebut.

Kondisi tersebut terjadi karena lapisan tebal troposfer dengan indeks refraktif yang tinggi, sedemikian rupa sehingga membentuk terowongan (duct)


53

Contoh dari Ducting


54

Propagasi oleh Butiran-Meteor

Meteor setiap saat selalu memasuki atmosfer bumi dan akan hancur menjadi butiran butir-an.

Meteor-meteor yang memasuki atmosfir meninggalkan butiran-butiran terionisasi yang dapat digunakan untuk komunikasi.


55

Contoh dari Interferensi Lintasan jamak (Multipath)


56

Propagasi Multipath

Sketsa Tiga Mekanisasi Propagasi Penting : Refleksi (R) Scattering (S), Difraksi (D)

Bab VI

Documents

Transcript of Bab VI