ETI-407 2.Sistem Komunikasi Gelombang Mikro

ETI-407GELOMBANG MIKRO

Sistem Komunikasi Gelombang Mikro

Hendy Santosa

Pengertian• Frekuensi gelombang radio (RF) sebagaimana dibahas pada bab terdahulu punya alokasi mulai

dari VHF s/d. EHF.

• Daerah frekuensi ≥ 30 MHz ( VHF,UHF, SHF dan EHF) biasa disebut sebagai gelombang mikro (

microwave), sehingga komunikasi yang menggunakan frekuensi dalam alokasi ini lebih dikenal

dengn komunikasi gelombang mikro.

• Adapun keuntungan komunikasi dengan gelombang mikro ini antara lain :

• 1. Pemakaian frekuensi tidak perlu berebutan disebabkan alokasinya yang cukup luas.

• 2. Dapat menampung kanal yang sangat banyak, ekivalen dengan ribuan kanal telepon ataupun

puluhan kanal TV

• 3. Dimensi antena relatif kecil

• 4. Hubungan lebih reliable dalam arti punya keandalan yang relatif tinggi, karena tidak tergantung

kepada cuaca ataupun musim.

• Berdasarkan propagasi dari gelombangnya maka komunikasi gelombang mikro ini punya 2

klasifikasi, yakni :

• 1. Komunikasi Teresterial : Repeater berada dipermukaan bumi

• 2. Komunikasi Satelit : Repeater berada diruang angkasa.

Komunikasi Teresterial• Konsep perambatan gelomang dalam komunikasi teresterial tanpa

stasiun antara/relay station

• Konsep perambatan gelomang dalam komunikasi teresterial dengan stasiun antara/relay station

Komunikasi Teresterial

• Karena mekanisme perambatan gelombang mikro menggunakan

Space Wave yang bersifat line of sight (sesuai garis pandang), dan

karena bumi mempunyai permukaan yang melengkung, maka jarak

jangkau komunikasi ini adalah sangat terbatas.

• Dari diatas terlihat bahwa pada kontur rata dan tinggi antena

A,B,C,D(25m) serta D(50m), maka:

• A-B bisa berkomunikasi, masing-masing dengan tinggi antena 25 m

• A-D, C-B dan C-D tidak dapat berkomunikasi, masing-masing

ketinggian antena 25 m.

• A-E dapat berkomunikasi, tetapi ketinggian antena di E hrs > 25 m.


• Untuk kontur rata dan ketinggian antena 25m, jangkauan maksimum

dari komunikasi teresterial hanyalah 60 km.

• Dari diatas terlihat bahwa untuk jarak > 60 km, hubungan komunikasi

sudah tidak dapat dilaksanakan lagi disebabkan adanya horizon bumi.

Dengan demikian untuk hubungan jarak jauh tegantung jaraknya,

dibutuhkan sejumlah stasiun antara (relay station).


• Blok pengaturan sistem repeater

Komunikasi Satelit

• Konsep dasar komunikasi satelit orbit matahari, bumi dan satelit

• Konsep dasar komunikasi satelit bumi dan satelit sebagai 2 partikel yg

saling tarik menarik

Komunikasi Satelit• Bila mendengar Sistem Komunikasi Satelit, pertanyaan yang pertama muncul

tentu adalah, bagaimana caranya agar suatu satelit dapat berputar pada orbitnya tanpa jatuh ke bumi.

• Bumi dan satelit dapat dianggap sebagai 2 partikel yang saling tarik menarik satu sama lain, sesuai dengan hukum gaya tarik menarik antara 2 massa yg besarnya dapat dinyatakan sebagai berikut:

F1 =k m1 m2

(R + h)2

• DimanaF1 = gaya tarik menarik (N)k = konstanta Gauss = 0,01720209895 m1 = massa bumi (kg)m2 = massa satelit (kg)R = radius bumi (m) h = tinggi satelit dari permukaan bumi (m)

Komunikasi Satelit• Agar supaya satelit dapat berputar terus pada orbitnya tanpa jatuh kebumi, maka

harus ada satu gaya lain yang bekerja pada satelit, sehingga terjadi keseimbangan antara gaya tarik menarik F1 dan gaya tersebut, yakni gaya sentrifugal yang besarnya adalah :

F2 =m2 v

2

(R + h)

• dimana:

F2 = gaya sentrifugal (N)

m2 = massa satelit (kg)

v2 = kecepatan satelit mengelilingi bumi (m/s)

R = radius bumi (m)

h = tinggi satelit dari permukaan bumi (m)

Komunikasi Satelit• Karena terjadi keseimbangan antara gaya F1 dan gaya F2 , maka:

k m1 m2

(R + h)2=

m2 v2

(R + h)

v =k m1

(R + h)

12

• Periode untuk satu putaran orbit satelit adalah panjang lintasan satelit, dalam hal ini adalah keliling lingkaran dengan jari-jari (R+h) dibagi dengan kecepatan gerak satelit v.

Komunikasi Satelit• Secara matematis:

T =2π (R + h)

v

v =2π (R + h)

T• dimana :

T = periode waktu untuk satu putaran orbit satelit (s)

S = 2π (R + h) = panjang lintasan orbit satelit (m)

v = kecepatan satelit mengelilingi bumi (m/s)

Komunikasi Satelit• Dari persamaan untuk v dan T diatas didapatkan:

k m1

(R + h)=2π (R + h)

T

2

⟹ km1 =4π2(R + h)3

T2k m1

(R + h)3=4π2

T2k m1⟹ (R + h) =

4π2

T2k m1

13

h =4π2

T2k m1

13

− R

• Apabila:

T = periode waktu untuk satu putaran orbit satelit = 24 jam

k m1 = 5,17 10 12 km3/jam2

R = jari-jari bumi = 6376 km

H = tinggi orbit satelit dari permukaan bumi.

Komunikasi Satelit• Tentu saja perhitungan diatas amat disederhanakan.

• Tetapi sebenarnya oleh karena satelit bergerak pada orbitnya mengelilingi bumi, maka dapat diumpamakan sebagai partikel yang bergerak, sehingga dengan demikian harus tunduk kepada hukum Keppler.

• Artinya, satelit mungkin bergerak pada orbit yang berbentuk elips, hiperbola maupun parabola atau lingkaran sebagaimana pemisalan sederhana diatas.

• Persyaratan kedua yang harus dipenuhi oleh satelit komunikasi adalah , satelit harus mempunyai lIntasan yang sinkron, artinya periode waktu perputarannya mengelilingi bumi harus sama dengan rotasi bumi.

• Hal ini agar bila ditinjau dari suatu titik dipermukaan bumi, satelit seolah-olah konstan, tidak bergerak. Untuk itu periode T dari satelit haruslah 24 jam.

• Dengan memasukkan nilai parameter-parameter dalam persamaan h diatas, akan diperoleh ketinggian h = ± 35.800 km.

Komunikasi Satelit vs Komunikasi TeresterialKELEBIHAN SISTEM KOMUNIKASI SATELIT :

1. Panjang lintasan hampir tidak terpengaruh oleh letak / posisinya dipermukaan bumi yang berada dalam jangkauan satelit. Ketidak tergantungan pada jarak ini sangat penting dalam penentuan pentarifan.

2. Gangguan yang dialami sinyal diakibatkan oleh modulasi silang, distorsi amplituda / fasa, derau dan beberapa faktor lainnya relatif lebih kecil dibanding komunikasi teresterial.

3. Stasiun rele hanya satu dibandingkan komunikasi terestrial yang membutuhkan rele untuk setiap jarak ± 60 km.

4. Karena repeaternya hanya satu, maka pembangunan jaringan komunikasi satelit lebih cepat dibanding pembangunan jaringan komunikasi terestrial.

5. Sistem komunikasi satelit lebih fleksibel bagi perobahan posisi, cukup dengan memindahkan stasiun buminya saja.

6. SKSD lebih cocok dengan geografis Indonesia yang berupa kepulauan.

Komunikasi Satelit vs Komunikasi TeresterialKEKURANGAN SISTEM KOMUNIKASI SATELIT :

1. Lintasan transmisi yang sangat panjang akan memungkinkan timbulnya echo, sehingga perencanaannya menjdi lebih sukar.

2. Risiko kegagalan peluncuran satelit masih tetap tinggi, hal mana terkait erat dengan investasi yang sangat besar.

3. Terputusnya komunikasi pada saat satelit, bumi dan matahari punya posisi yang segaris, walau hal ini tidak berlangsung lama.

Komunikasi Satelit• Satelit Geostasioner atau geosynchronous

• BW = 40 MHz (4 Mhz guard band)

• Downlink 3400 sampai 5250 MHz

• Uplink 5725 sampai 7075MHz

Komunikasi Satelit• Blok diagram transponder

Komunikasi Satelit• Selain C-band satelit geostasioner menggunakan Ku-band

• Geosynchronous Fixed Satellite Service (FSS)

• Downlink 10.7 sampai 12.75 GHz

• Uplink 13.75 sampai 14.5 GHz

• Keuntungan menggunakan Ku-band dibandingkan C-band:

• Ukuran antena bisa lebih kecil (3 ft atau bahkan lebih kecil, dengan powersatelit yang lebih besar dibandingkan C-band ukuran antena 8 sampai 10 ft)

• Karena frekuensi yang digunakan lebih tinggi untuk downlink dan uplink sehingga tidak ada interferensi dengan C-band sistem terestrial

• Direct Broadcast Satellite (DBS) menggunakan penguatan daya 100 sampai 120 W

• Digunakan Circular Polarization karena lebih sedikit terpengaruhi oleh hujan daripada polarisasi ortogonal linear

Komunikasi Satelit

Layanan Frekuensi Radio Tanpa kabel

Sistem Antena• Sistem antena dapat dikategorikan menjadi dua yaitu

• Wire antenna

• Aperture antenna

• Antena dipole

Sistem Antena• Antena monopole

Sistem Antena• Antena loop

Sistem Antena• Antena horn

Sistem Antena• Cassegrain reflector antenna

Sistem Antena• Lens antenna

Sistem Antena• Intensitas Radiasi (U)

dimana: - U = intensitas radiasi (watt/sr)

- r = jarak (m)

- W = rapat daya (power per unit area – watt/m2)

• Arah penguatan dan direktivitas

dimana: - DG = directive gain

- U0 = intensitas radiasi untuk antena isotropik (watt/sr)

- Prad = power radiated (watt)

Sistem Antena• Penguatan antena

• Pola radiasi dan Half-Power Beam Width

dimana:

- Ae = aperture efective (m2)

- k = efisiensi antena (0,6-0,65)

dimana:

- λ = panjang gelombang (m)

- d = diameter half-power width beam (m)

Sistem AntenaContoh:

Calculate the power gain (in decibels) and the half-power beam width of aparabolic dish antenna 30m in diameter that is radiating at 4 GHz.

• Aperture

• Asumsikan efisiensinya 0,6 maka Gain dan half-power beam width:

Sistem Antena• Efisiensi antena

dimana:

- 𝑒𝑟 = efisiensi refleksi

- Γ = koefisien refleksi

• Koefisien refleksi

dimana:

- 𝑍𝐴 = impedansi antena (Ω)

- 𝑍0 = impedansi karakteristik line feeding (Ω)

Sistem Antena• Efisiensi konduktor dan dielektrik

dimana:

- 𝑒𝑐𝑑 = conductor and dielectric efficiency

- 𝑃𝑟𝑎𝑑 = radiated power

- 𝑃𝑖𝑛 = input power

• Efisiensi total

dimana:

- 𝑒0 = efisiensi total


A 50- transmission line feeds a lossless one-half-wavelengthlong dipole antenna.The antenna impedance is 73. If its radiation intensity, U(θ, φ), is given as

find the maximum overall gain.

• The maximum radiation intensity,𝑈𝑚𝑎𝑥, is the 𝐵0 value that occurs at θ = π/2. Its total radiated power is found as follows:

• Jadi

Sistem Antena• Karena antenanya lossless maka efisiensi radiasi 𝑒𝑐𝑑 adalah 0 dB maka koefisien

refleksinya:

• Mismatch efficiency dari antena:

• Gain:

Sistem Antena• Effective Isotropic Radiated Power (EIRP)

dimana:

- 𝑃𝑡 = power input ke feeding line (watt)

- 𝐺𝑡 = penguatan antena

- 𝐿 = perbandingan power input/output

dimana:

- 𝑃𝑎𝑛𝑡 = power antena (watt)


In a transmitting system, the output of the final high-power amplifier is 500 W, andthe line feeding its antenna has an attenuation of 20%. If the gain of thetransmitting antenna is 60 dB, find the EIRP in dBw

Sistem Antena• Space Loss

dimana:

- 𝑤𝑡 = power density (watt/m2)

- 𝑅 = jarak dari antena (m)

• Power receiver

dimana:

- 𝐴𝑒𝑢 = area efektif antena isotropik (m2)

Sistem Antena• Space Loss Ratio

• Dalam desibel

Sistem Antena• Contoh:

• A geostationary satellite is 35,860 km away from Earth’s surface. Find the space loss ratio if it is operating at 4 GHz

Sistem Antena• Formula Friis

• Contoh:

• A 20-GHz transmitter on board the satellite uses a parabolic antenna that is 45.7cm in diameter. The antenna gain is 37 dB and its radiated power is 2W. Theground station that is 36,941.031 km away from it has an antenna gain of 45.8 dB.Find the power collected by the ground station. How much power would becollected at the ground station if there were isotropic antennas on both sides?

Sistem Antena• Jawab

• Jika kedua antena isotropik maka

Sistem Antena• Persamaan untuk radar:

dimana:

- 𝑤𝑖𝑛𝑐 = kerapatan daya yang mengenai target (watt/m2)

- 𝐴𝑒𝑡 = apertur efektif antena pemancar (m2)

• Radar cross section

dimana:

- 𝜎 = radar cross section (m2)

- 𝑤𝑟 = kerapatan daya backscattered untuk jarak r (watt/m2)

Sistem Antena• Daya yang diterima:

• Kerapatan daya yang kembali

• Sistem radar

Sistem Antena• Objek radar cross section

Sistem Antena• Daya yang diterima


• A distance of 100λ separates two lossless X-band horn antennas (Figure 2.7).Reflection coefficients at the terminals of transmitting and receiving antennas are0.1 and 0.2, respectively. Maximum directivities of the transmitting and receivingantennas are 16 and 20 dB, respectively. Assuming that the input power in alossless transmission line connected to the transmitting antenna is 2W and thatthe two antennas are aligned for maximum radiation between them and arepolarization matched, find the power input to the receiver.

Sistem Antena• Jawab:


• Radar operating at 12 GHz transmits 25kW through an antenna of 25 dB gain. Atarget with its radar cross section at 8m2 is located at 10 km from the radar. If thesame antenna is used for the receiver, determine the power received.

• Jawab:

Sistem Antena• Doppler Radar

Sistem Antena• Frekuensi sudut

dimana:

- 𝜔 = fekuensi sinyal (rad/s)

- 𝑣𝑟 = apertur efektif antena pemancar (m2)

- 𝑐 = kecepatan cahaya (m/s)

• Pergeseran Doppler

ETI-407 2.Sistem Komunikasi Gelombang Mikro

Documents

Transcript of ETI-407 2.Sistem Komunikasi Gelombang Mikro