Propagasi Gelombang Radio Path Loss

BAB II DASAR TEORI

2.1 Propagasi Gelombang Radio

Propagasi gelombang elektromagnetik sebagaimana yang dinyatakan oleh Persamaan Maxwell adalah adanya perubahan medan magnet akan menghasilkan medan listrik dan perubahan medan listrik akan menghasilkan medan magnet. Oleh sebab itu gelombang elektromagnetik dapat berpropagasi dengan sendirinya. Untuk kebanyakan model propagasi gelombang radio, gelombang elektromagnetik lebih sering dinotasikan dengan sebuah berkas ray atau lebih kenal dengan Poynting Vector sesuai dengan arah propagasinya[1]. Propagasi merupakan pentransmisian sinyal informasi dari satu tempat ke tempat lain melalui media, baik media fisik , yang berupa kabelkawat wire maupun media non-fisik bukan kabelkawat, yang lebih dikenal dengan wireless, seperti halnya udara bebas. Untuk pentransmisian gelombang dalam jarak yang jauh, akan lebih efisien apabila menggunakan udara bebas sebagai media transmisinya. Hal ini memungkinkan karena gelombang radio atau RF radio frequency akan diradiasikan oleh antena sebagai perangkat penyeimbang antara sistem pemancar dan udara bebas dalam bentuk radiasi gelombang elektromagnetik. Gelombang ini merambat atau berpropagasi melalui udara dari antena pemancar ke antena penerima yang jaraknya bisa mencapai beberapa kilometer, bahkan ratusan sampai ribuan kilometer.

2.2 Mekanisme Propagasi

Refleksi, difaksi dan scattering adalah merupakan tiga mekanisme dasar dari propagasi gelombang radio yang mempengaruhi propagasi di dalam sistem komunikasi bergerak[2]. Refleksi terjadi ketika gelombang elektromagnetik yang sedang berpropagasi mengenaimenabrak sebuah objek dengan dimensi yang sangat besar 6 bila dibandingkan dengan panjang gelombang elektromagnetik tersebut. Refleksi terjadi dari permukaan tanah dan dari gedung-gedung dan dinding-dinding. Difraksi terjadi ketika jalur radio antara pemancar dan penerima dihalangi oleh sebuah permukaan yang memiliki tepi yang tajam. Gelombang-gelombang kedua yang dihasilkan dari permukaan tajam yang menghalanginya tersebut terurai di ruang bebas dan bahkan di belakang penghalang tersebut, yang menyebabkan adanya gelombang-gelombang yang melengkung di sekitar penghalang, bahkan ketika jalur LOS tidak ada di antara pemancar dan penerima. Untuk frekuensi tinggi, difraksi, sama seperti refleksi, tergantung pada geometri objek, baik amplitudo, fasa maupun polarisasi dari gelombang datang di titik difraksinya. Scattering terjadi ketika medium tempat gelombang berpropagasi terdiri dari objek dengan dimensi yang lebih kecil dibandingkan dengan panjang gelombangnya dengan jumlah penghalang yang relatif besar. Gelombang hamburan dihasilkan oleh kekasaran permukaan tanah, objek-objek yang kecil atau karena ketidakteraturan lainnya di kanal. Di dalam praktek, pepohonan, rambu-rambu jalan dan tiang-tiang listrik menimbulkan hamburan di dalam sistem komunikasi bergerak.

2.2.1 Refleksi

Ketika gelombang radio yang berpropagasi di dalam satu medium menabrak medium yang lain yang memiliki sifat elektrik yang berbeda, sebagian dari gelombang ini akan dipantulkan dan sebagian lagi akan ditransmisikan. Jika gelombang datang menuju dielektrik sempurna, sebagian energi ditransmisikan ke medium kedua dan sebagian lagi dipantulkan kembali ke medium pertama, sehingga dalam hal ini, tidak ada energi yang diserap. Jika medium kedua adalah konduktor sempurna, maka seluruh energi gelombang yang datang dipantulkan kembali ke medium pertama tanpa adanya rugi-rugi energi, seperti pada Gambar 2. 1. 7 Gambar 2. 1 Refleksi

2.2.2 Difraksi

Difraksi mengijinkan gelombang radio untuk berpropagasi di sekitar permukaan bumi yang melengkung dan berpropagasi di belakang objek penghalang, seperti terlihat pada Gambar 2. 2. Gambar 2. 2 Difraksi gelombang Kuat medan yang diterima akan menurun dengan cepat karena penerima bergerak mendekati daerah yang menghalanginya. Fenomena difraksi dapat dijelaskan oleh prinsip Huygen, yang menyatakan bahwa semua titik pada sebuah muka gelombang wavefront dapat dianggap sebagai sumber titik untuk memproduksi secondary wavelets atau gelombang-gelombang baru dengan panjang gelombang yang sama dengan panjang gelombang sebelumnya. Kemudian wavelet-wavelet ini bergabung untuk menghasilkan sebuah wavefront yang baru di arah propagasinya. Difraksi disebabkan oleh propagasi dari secondary wavelets di dalam daerah yang terhalangi. Kuat medan dari gelombang difraksi di daerah yang terhalangi ini adalah merupakan penjumlahan vektor dari 8 komponen medan elektrik dari semua secondary wavelets di ruang bebas di sekeliling penghalang.

2.2.3 Scattering

Di dalam sistem komunikasi bergerak, sinyal yang diterima sebenarnya sering lebih kuat dari yang diprediksikan oleh model refleksi dan difraksi itu sendiri. Hal ini dikarenakan ketika gelombang radio menabrak sebuah permukaan yang kasar, energi yang dipantulkan menyebar ke segala arah, yang dikenal dengan istilah scattering. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2. 3. Gambar 2. 3 Scattering Benda-benda seperti tiang listrik dan pepohonan cenderung untuk menyebarkan energi ke semua arah, sehingga memberikan energi tambahan di penerimanya.

2.3 Path Loss

Path loss merupakan komponen yang paling utama dalam perencanaan link radio. Elemen path loss termasuk free space loss, rugi-rugi atmosfer, penyerapan uap air, pengendapan, fading, multipath dan berbagai efek lainnya berdasarkan frekuensi dan lingkungannya. Jika jalur utama propagasi merupakan ruang bebas maka free space loss dapat dihitung dengan Persamaan Friis, yaitu Persamaan 2.1[1]. L = G T G R � � 4 � � � 2 2.1 atau dengan Persamaan 2.2 9 L dB = -G TdB – G RdB – 20 log λ + 20 log d + 22 2.2 dimana: L = loss rugi-rugi G T = gain antena pemancar G R = gain antena penerima λ = panjang gelombang d = jarak antara pemancar dan penerima Di beberapa aplikasi, gain antena tidak termasuk dalam persamaan path loss, sehingga persamaan free space loss dapat dihitung dengan Persamaan 2.3. � ��� �� = −20 ��� � � 4 � � � 2.3

2.4 Model Propagasi dalam Ruangan