1

Dasar Sistem Gelombang Mikro dan

Konfigurasi Gelombang Mikro Digital

Eka Setia Nugraha,S.T.,M.T.

PENDAHULUAN

• Gel mikro adalah wilayah spekrum gel elektromagnetik pd frek 1 GHz s/d 100 GHz ( panj gel 30 Cm s/d 0,3 mm)

Mulai diperhatikan sejak PD II utk radar resolusi tinggi

dng berkas energi EM yg sempit. Mampu mentransmisikan kanal banyak dan program TV.

Mampu berpropagasi dng bebas melalui lapisan ionisasi.

Energi mendekati selisih energi antara energy level

atom2 dan molekul2 yg bersebelahan. Saat ini banyak digunakan secara luas sbg alat pemanas

gel mikro, oven (2,45 GHz), industri, medis.

•

•

•

•

•

Spektrum Elektromagnetik

PITA GEL MIKRO

NEW DESIGN FREQ GHz OLD DESIGN FREQ GHz

C 0.5 – 1.0 VHF 0.5 – 1.0

D 1.0 – 2.0 L 1.0 – 2.0

E 2.0 – 3.0 S 2.0 – 4.0

F 3.0 – 4.0 C 4.0 – 8.0

G 4.0 – 6.0 X 8.0 – 12.4

H 6.0 – 8.0 Ku 12.4 – 18.0

I 8.0 – 10.0 K 18.0 – 26.5

J 10.0 – 20.0 Ka 26.5 – 40.0

K 20.0 – 40.0 v 40.0 – 75.0

L 40.0 – 60.0

M 60.0 – 100.0

Aplikasi tek gel mikro

•

•

•

Penguatan antena ~ ukuran elektrik antena

Pita lebih lebar dpt direalisasikan pd frek lebih tinggi.

Sinyal gel mikro merambat lurus tidak dibelokan oleh

ionosfeer. Wilayah pantulan efektif sasaran radar umumnya ~

ukuran elektrik sasaran.

Resonansi berbagai molekul, atom dan nuklir terjadi pd

frek gel mikro Î aplikasi unik pd ilmu dasar, remote

sensing, diagnosa & pengobtan medis, dan metode

pemanasan

•

•

Sejarah singkat

•

•

•

•

1864

1893

1893

1897

James C. Maxwell Î pers Maxwell

Heinrich Hertz Î antena parabol dicatu oleh dipole

William Thompson Î teori pandu gelombang

– 1899 Lodge Î propagasi pd freespace & hollow metallic tube

•

•

•

•

•

•

•

1895

1937

1938

1944

1946

1953

1963

– 1898 Sir J. C. Bose Î pembangkitan gel mm

Russel, Varian Bross Î vacuum tube Klystron

J.D. Kraus Î corner reflector antenna

Kompfner Î TWT

Percy Spencer Î microwave oven

Deschamps Î microstrip antenna

J.B. Gunn Î Gunn diode

Transmitter

Dual conversion Receiver

Inform

Filter

Filter

Filter

Det

1 IF

stage

2 IF

stage

Filter

Filter

Filter

Source

1 IF

stage

The Microwave Link ?

• Microwave radio link, in the context of this course, refers to point-to-point fixed links that operate in duplex mode.

• In its simplest form the microwave link can be one hop, consisting of one pair of antennas spaced as little as one or two kilometers apart, or can be a backbone, including multiple hops, spanning several thousand kilometers.

Gelombang Mikro Digital

22-09-12 9

Tujuan dari sistem yang menggunakan microwave adalah unutk mentransmisikan info

dari suatu tempat ke tempat lain tanpa adanya interupsi dan sampai ke penerima dengan

jelas.

Karakteristik yang terdapat pada hubungan gelombang mikro adalah antara antena

pemancar dan antena penerima harus bebas pandang (Line of Sight). Hal tersebut berarti

bahwa antar antena harus tidak ada penghalang (obstacle), yaitu sesuatu yang

menghalangi atau menutupi lintasan perambatan gelombang mikro).

.

The Microwave Link (Cont’d)

• The above drawing is functional block diagram of a typical microwave link consisting of set of multiplexers, digital microwave radios, antennas and transmission lines

Product

Bagian-Bagian Minilink (Ericcson)

Outdoor Unit

ODU Mounting

Antenna

ODU 1

HYBRID

ODU 2

Indoor Unit

Network Topology

• Menspesifikasikan bagaimana node-node berbeda di dalam network harus diinterkoneksikan

Topologies Chain

Topology Star

Topologies Ring

Combined Topologies

Microwave Network Example

Application for Cellular Network

BTS

Cellular/UMTS

Backbone

BTS

BTS BTS

BTS

BTS

BTS STM-1 Ring

STM-0 / PDH Approach

22-09-12 Alfin Hikmaturokhman, MT http://sinauonline.org

25

Pada pembangunan sistem transmisi gelombang-mikro digital

memerlukan suatu perencanaan sistem yang meliputi :

- Pemilihan spesifikasi dan kapasitas sistem,

- Pemilihan route transmisi,

- Perencanaan setiap hop radio,

- Prediksi unjuk-kerja sistem, dan

- Perencanaaan gedung, dan prasarana lain

Faktor-faktor yang mempengaruhi transmisi microwave antara lain :

22-09-12 26

1.Antenna

2.Pengaruh Atmosphere

3.Terrain Effects

4.Fading

5.Availability

6.Diversity

7.Link Analysis

Antenna

22-09-12 27

Antena adalah perangkat yang berfungsi untuk memindahkan energi gelombang

elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya dari udara ke media kabel.

Antenna memegang peranan yang penting dalam komunikasi microwave.

1.1 Antenna Gain

Antenna gain merupakan karakteristik yang paling penting.

Antenna gain mengukur kemampuan antenna untuk mengirimkan gelombang yg

diinginkan ke arah yg dituju.

Untuk antenna parabola efficiency tidak akan 100% karena beberapa power hilang oleh

“spilover” dan juga bisa karena pabrikasi antenna.

Secara commercial antenna parabola mempunyai efesiensi sekitar 50-70%, (Robert G.

Winch, Telecomunication Transmission System Microwave, Fiber Optic, Mobille Cellular Radio, Data and

Digital Multiplexing, Singapore, 1993)

Antenna Gain

22-09-12 28

Nilai penguatan antena dalam dB dengan frekuensi dalam GHz adalah:

G = 20 log f + 20 log D + 10 log + 20,4 ……………… (1)

(Roger L. Freeman, Radio System Design for Telecomunications (1-100 GHz),New York, 1987.)

G : penguatan antena (dB)

f : frekuensi radio dalam GHz

D : diameter antena dalam meter

c : kecepatan cahaya (3 x 108 m/dt)

: efisiensi antena.

Dari persamaan diatas bisa disimpulkan bahwa gain akan menigkat jika frekuensi bertambah

tinggi dan diameter antenna juga bertambah lebar.

Beamwidth (Lebar sinar)

22-09-12 29

Beamwidth disebut juga “half power beamwidth” atau 3 dB beamwidth.

Lobe utama (main lobe) adalah lobe yang mempunyai arah dengan pola radiasi maksimum.

Biasanya juga ada lobe-lobe yang lebih kecil dibandingkan dengan main lobe yang disebut

dengan minor lobe. Lobe sisi (side lobe) adalah lobe-lobe selain yang dimaksud.

Besarnya Beamwidth = besarnya sudut AOB

Dimana CD berjarak 3 dB dengan D adalah titik

puncak main lobe dan titik A serta titik B merupakan

3 titik dB down pada main lobe. Garis CD adalah

“boresight: atau as dari main lobe.

22-09-12 30

Persamman beamwidth antenna parabol adalah sebagai berikut :

f = frekuensi kerja dalam GHz

D = diameter antenna dalam satuan meter.

DfBW

.

1,21

Dari persamaan diatas dapat diambil kesimpulan :

Makin besar diameter antenna dan frekuensi , akan berakibat semakin kecil beamwidth dari

antenna dan makin panjang bentuk main lobenya.

Hal ini berarti semakin tajam direktivitasnya sehingga harus lebih cermat dalam pengarahan

antenna. Apabila menyimpang sedikit saja boresightnya dari LOS akan besar sekali kemorosotan

gain antenna tersebut.

22-09-12 31

Penampilan (performance) suatu sistem komunikasi diukur dari kesamaan antara sinyal yang

diterima dan sinyal yang dikirimkan, serta ketidak tergantungan penerimaan dari faktor-faktor

lain

Antenna Noise

Noise yang memasuki sistem bisa mengurangi performance . Derau (noise) dalam sistem

komunikasi dapat digambarkan sebagai sinyal yang tidak diharapkan. Secara umum,

kehadirannya dalam sistem komunikasi ada yang berasal dari dalam sistem, yang disebut

internal noise dan yang berasal dari luar sistem, yang disebut external noise.

Contoh dari internal noise yaitu noise yang dibangkitkan dari dalam komponen-komponen

elektronik, seperti resistor,transistor,diode yang digunakan dalam penguat (amplifier), mixer,

detector dan perangkat elektronik lain dalam sistem komunikasi.

Salah satu jenis dari internal noise adalah thermal noise, yang diakibatkan adalah panas

konduktor karana adanya aliran arus listrik.

Thermal Noise

22-09-12 32

Thermal noise dibangkitkan karena adanya aliran listrik, karena elektron-elektron

menumbuk molekul-molekul dalam konduktor. Jika temperatur konduktor tersebut naik,

noise juga akan naik karena molekul-molekul tersebut bergerak lebih cepat yang

mengakibatkan lebih banyaknya tumbukan yang terjadi. Besar daya noise yang

dibangkitkan sebanding dengan temperatur konduktor, yang dinyatakan dengan

Pn = kTB

Pn = daya termal noise (W)

k = konstanta Boltzman = 1,38 x 10-23 J/oK

B = lebar bidang frekuensi /bandwidth (Hz)

T = temperatur absolut (derajat Kelvin = oK), yaitu der Cel + 273o.

Sebagai contoh, jika temperatur 300oK, bandwidth 40 MHz,, maka

Pn = kTB = (1,38 x 10-23)(300)(40 x 106) = 0,166 pW.= -127,8dBW

33

Bila kita analisa rumus dislide sebelumnya, k tidak berubah (konstan). Sehingga daya noise

untuk suatu bandwidth tertentu hanya tergantung pada temperatur sumber noise (noise

berbanding lurus dengan temperatur).

34

Komunikasi LOS (Line of Sight)

Prinsip dasar Antena & Propagasi

35

Komunikasi LOS (Line of Sight)….. ctd

Prinsip dasar Antena & Propagasi

36

Komunikasi LOS (Line of Sight)….. ctd

Prinsip dasar Antena & Propagasi

37

Komunikasi LOS (Line of Sight)….. ctd

Prinsip dasar Antena & Propagasi

38

39

Clearance menentukan tinggi menara Tx-Rx.

Clearance Factor :

Biasanya diinginkan

cF1 = 56% 60% sangat disukai karena:

Loss Propagasi = FSL untuk jenis pemantul apapun,

dan

Ldif = 0 dB, Bebas Terrain, tinggi Optimal.

11

1

Fresnel jari-Jari

clearance

F

cc x

F

Prinsip dasar Antena & Propagasi

40 -30 -20 -10 0 10 20 300

100

200

300

400

500

600

700

800

d

AdBd

Ay

By

Bh

xc

oh

oy

ch

D

E

CBA

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-30 -25 -20 -15 -10 0-5 5 10 15 20 25 30

Ah

Path Profile-LOS

Prinsip dasar Antena & Propagasi

41

Prinsip Kesebangunan

C x

t

d1 d2

h 1

h 2 h

c

12

1221

dd

dhdht

Ket. gambar (referensi permukaan laut): •Cx = Clearance=0.6 F1

•hc=hcorrected= ketinggian koreksi •h1= ketinggian pemancar/penerima •h2= ketinggian penerima/pemancar

obstacle

Prinsip dasar Antena & Propagasi

42

Prinsip Kesebangunan

C x

t

d2 d1

h 1

h 2 h

c

12

1221

dd

dhdht

Ket. gambar (referensi permukaan laut): •Cx = Clearance=0.6 F1

•hc=hcorrected= ketinggian koreksi •h1= ketinggian pemancar/penerima •h2= ketinggian penerima/pemancar

obstacle

22-09-12 43

Untuk mencari tingginya tower yang akan dibangun diperlukan parameter-parameter:

Tinggi tower di lokasi A, tinggi tower di lokasi B, tinggi lokasi antena pemancar di atas

permukaan laut, tinggi lokasi antena pemancar di atas permukaan laut, peninggian profil

atau faktor koreksi, tinggi penghalang (gunung, bukit dan sebagainya), tinggi

penghalang (pohon, gedung dan sebagainya), daerah fresnel pertama, faktor

kelengkungan bumi, frekuensi yang digunakan, jarak antara pemancar dengan

penghalang dan jarak antara penerima dengan penghalang.

22-09-12 44

Dari permasalahan yang terdapat pada point A, diketahui

bahwa sepanjang lintasan yang

akan dilalui link GMD sejauh 40 Km terdapat suatu

penghalang yang berupa gedung setinggi 9 meter

yang terletak 18 Km dari tower yang sudah dibangun.

Tower yang sudah terpasang tersebut mempunyai ketinggian

setinggi 45 meter.

Link GMD ini akan dibangun di daerah dataran dekat pantai

yang beriklim topis atau

sedang sehingga lebih baik dipilih 1.33 untuk faktor

kelengkungan bumi. Karena lokasi

tersebut berada di jalur dekat laut maka ketinggian lokasi di A

dan di B dianggap 0

karena di atas permukaan laut dan tinggi penghalang yang

berupa gunung sebesar 0

karena di sepanjang jalur tidak terdapat gunung ataupun bukit.

22-09-12 45

Carilah tinggi antenna penerima apabila tinggi antenna pemancar = 56 m, frek :

10Ghz dengan parameter-parameter lainnya sama dengan perhitungan

sebelumnya.