YEPE Dasar Telekomunikasi 2017 C
Dasar Telekomunikasi
Yuliman Purwanto
2017
Silabi
1. Sejarah Telekomunikasi
2. Sistem Telekomunikasi Elektronik
3. Modulasi Analog
4. Modulasi Digital
5. Sinyal dan Derau (Noise)
6. Teknik Komunikasi Radio
7. Transmisi Gelombng Radio
8. Teknik Pengkodean (coding)
Dasar
Antena
Teori Dasar
• Pada pemancar : antena bekerja sebagai radiator gelombang RF
ke medium udara sehingga menjadi gelombang e.m. yang bebas.
• Pada penerima : antena bekerja sebagai “penangkap” gelombang
e.m. yang bebas menjadi gelombang terpandu.
• Antena pemancar dan penerima memiliki sifat resiprositas,
yakni sifat-sifat yang dimiliki tepat sama dan, baik pada saat
digunakan sebagai antena pemancar maupun antena penerima.
• Prinsip radiasi dari antena :
•
Beberapa parameter penting antena : impedansi, bati ( gain), pola
radiasi, keterarahan dan polarisasi.
•
Impedansi : besarnya impedansi pada titik pengumpanan. Contoh :
antena seperempat gelombang (1/4l) memiliki impedansi masukan
sekitar 50 W, antena dwikutub terlipat 300 W, dsb.
•
Bati (gain) : merupakan nisbah antara intensitas radiasi maksimum
dengan intensitas radiasi maksimum antena standar/patokan dengan
masukan daya yang sama antena standar : isotropic antenna dan
dipole antenna bati terhadap antena isotropik : dBi, bati terhadap
antena dipole : dBd antena dipole memiliki bati sekitar 3 dB i.
•
Pola Radiasi : pola dari pancaran/radiasi antena pola ke arah
vertikal dan pola ke arah horizontal.
•
Keterarahan : merupakan nisbah antara intensitas radiasi maksimum
dengan intensitas radiasi rata-rata. Contoh : antena dwikutub
sederhana memiliki keterarahan sebesar 3/2.
•
Polarisasi : arah medan elektrik gelombang e.m. yang terpancar dari
antena, relatif terhadap permukaan bumi bisa vertikal, horisontal,
membentuk sudut, atau berputar.
Jenis Antena dan Pola Radiasi
Antena ke segala arah (omni directional antenna)
•
Antena isotropik : meradiasikan gelombang e.m. ke segala arah
(dalam ruang/3 dimensi)
• Contoh antena isotropik :
• Antena monopole (kutub tunggal) : meradiasikan gelombang e.m.
ke semua arah dalam satu bidang.
• Pola radiasi :
• Contoh antena monopole :
• Antena dipole (dwikutub) : meradiasikan gelombang e.m. ke
semua arah dalam satu bidang (untuk polarisasi vertikal) atau
ke dua arah (untuk polarisasi horizontal).
• Pola radiasi :
• Macam-macam antena dipole :
• Macam-macam antena dipole : batwing antenna
•
Antena berpengarahan (directional antenna) : meradiasikan
gelombang e.m. ke satu arah tertentu.
•
Prinsip pengarahan radiasi gelombang e.m. : memantulkan energi
e.m. ke elemen pemantul dan mengfokuskan energi pantulan oleh
elemen pengarah.
•
Antena Yagi-Uda antena berpengarahan pertama di dunia.
Antena Yagi-Uda
•
Ditemukan oleh Prof. Hidetsugu Yagi dan
asistennya Dr. Shintaro Uda tahun 1926.
Prinsip kerja :
Gelombang e.m. dari antena sumber (driven
antenna, biasanya jenis dipole) membangkitkan gelombang induksi di elemen pemantul
dengan fasa yang berkebalikan.
Gelombang ini saling berinteraksi dengan
gelombang asli dan menghasilkan gelombang
pantul.
Pada elemen pengarah (director) terbangkit
gelombang dengan fasa yang sama sehingga
saling menguatkan
Terbangkit energi yang lebih tinggi di arah
depan sehingga terjadi pengarahan.
•
Pola radiasi antena Yagi :
Antena Parabolik
•
Antena parabolik mengadopsi prinsip kerja
pemantul parabolik optik pertama diadopsi
untuk pemantul gelombang e.m. oleh Heinrich
Hertz tahun 1888.
•
Antena parabolik digunakan pada frekuensi
ultra tinggi (UHF) ke atas (SHF, EHF).
•
Prinsip kerja :
Pemancar : memantulkan gelombang dari
antena sumber ke sebuah pemantul
parabolik sehingga diperoleh gelombang
yang sejajar (untuk pemancar)
Penerima : menerima gelombang sejajar
dari pemancar dan mengfokuskannya ke
antena .
•
Antena parabolik memiliki bati pengarahan
sangat tinggi.
•
Bati antena parabolik :
•
Di mana : A = luas “tingkap” antena parabolik = pd2/4, d = diameter
reflektor parabola, l = panjang gelombang, eA = efisiensi tingkap antena.
•
Pola radiasi :
•
Perhitungan titik fokus :
•
Jenis antena parabolik :
• Contoh lain :
Rhombic
• Contoh lain :
• Antena broadcast :
AM broadcast
VHF FM broadcast
VHF TV broadcast
UHF TV broadcast
•
Antena telepon selular :
Antena aplikasi khusus :
Polarisasi Antena
•
Antena meradiasikan gelombang e.m.
yang terdiri medan elektrik dan medan
magnetik.
•
Polarisasi antena mengacu pada posisi
medan elektrik terhadap permukaan
bumi :
Linier vertikal
Linier horisontal
Linier bersudut
Berputar lingkaran
Berputar eliptik
Refleksi, Refraksi, Difraksi dan Interferensi Gelombang
•
Refleksi (pantulan) akan terjadi jika gelombang e.m. menabrak
bumi/tanah, gunung, benda logam, dan bangunan beton.
Pantulan ini mirip dengan pantulan yang terjadi pada cahaya yang
menabrak permukaan cermin.
Jika pemantul terbuat dari konduktor yang ideal semua energi
dipantulkan. Jika tidak sebagian energi akan diserap dan
didisipasikan menjadi panas, diradiasikan kembali, atau terjadi
refraksi.
•
Refraksi (pembelokan/pembiasan) : terjadi bila gelombang e.m.
menabrak lapisan tak padat seperti gas (misalnya lapisan-lapisan
atmosfir) yang memiliki tingkat kepadatan gas yang berbeda-beda.
Efek yang terjadi mirip dengan efek pembiasan cahaya yang
melewati dua medium atau lebih yang berbeda indeks biasnya.
Besarnya pembelokan ditentukan oleh indeks refraksi
(Hukum Snell) :
di mana k = tetapan dielektrik
untuk masing-masing medium.
Jika lapisan gas ini cukup banyak, maka gelombang datang bisa
direfraksikan berkali-kali sehingga hasilnya mirip dengan efek
pantulan gelombang seakan-akan dipantulkan oleh lapisan gas.
•
Difraksi (penguraian) : terjadi jika gelombang e.m. mengenai suatu
benda padat/logam yang bersisi tajam (misalnya bangunan tinggi)
atau menerobos suatu celah kecil (lebih kecil dibanding panjang
gelombangnya).
Gelombang akan terurai (terdifraksi) ke segala arah pada
titik masuk seakan-akan ada sumber gelombang baru yang
memancarkan energi ke semua arah.
Efek difraksi bisa menguntungkan : sinyal bisa ditangkap dari
balik bangunan.
•
Interferensi : terjadi jika dua buah gelombang yang berfrekuensi
•
Pada perambatan gelombang e.m. : radiasi gelombang dari antena
menempuh jalan dan jarak yang berbeda dan tiba pada penerima yang
sama.
•
Interferensi menyebabkan timbulnya efek penjumlahan dan
pengurangan sehingga timbul pola radiasi.
•
Banyak terjadi pada perambatan gelombang HF.
sama saling mencampur.
Perambatan Gelombang Radio
•
Gelombang radio yang dipancarkan antena akan merambat di
udara/ruang bebas dengan kecepatan cahaya.
•
Perambatan gelombang radio mengikuti pola tertentu yang
dipengaruhi oleh frekuensi kerjanya.
•
Secara umum ada 4 jenis perambatan gelombang radio :
a.
merambat di atas permukaan bumi : gelombangnya disebut
sebagai gelombang-permukaan (surface wave). Kadang
disebut juga sebagai gelombang-bumi (ground wave).
b. merambat di angkasa : gelombangnya disebut sebagai
gelombang-angkasa (sky wave).
c.
merambat di ruang bebas : gelombangnya disebut sebagai
gelombang-ruang (space wave).
IONOSPHERE
Sky wave
Space wave
Surface wave
Ground
Gelombang permukaan (surface wave)
•
Merambat mengikuti kontur bumi tidak terpengaruh bentuk
kontur bumi.
•
Bisa merambat sangat jauh bisa antar benua, bahkan bisa
mengelilingi bumi tergantung pada besarnya daya pancar.
•
Frekuensi sinyal gelombang permukaan : 30 kHz – 3 MHz (pita LF
dan MF)
•
Contoh implementasi : komunikasi/navigasi kapal laut di pita LF dan
stasiun penyiaran radio AM di pita MF (MW).
Gelombang Angkasa (sky wave)
•
Merambat ke angkasa dan dipantulkan oleh lapisan atmosfir bagian
atas (ionosfir).
•
Pantulan bisa berkali-kali (jamak) : bumi ionosfir bumi
ionosfir dst. bisa menempuh jarak yang sangat jauh, bahkan
mengelilingi bumi.
•
Frekuensi sinyal gelombang angkasa : 3 – 30 MHz (pita HF).
•
Implementasi : komunikasi jarak jauh di pita HF (baik untuk
penyiaran maupun komunikasi personal).
Ionosfir
•
Merupakan lapisan teratas dari atmosfir menerima sinar
matahari lebih banyak dibanding lapisan lain di bawahnya terjadi
proses pemanasan dan ionisasi sebagai efek dari sinar-sinar a, b,
dan g dari matahari.
•
Lapisan ionosfir terbagi dalam lapisanD, E, F. Lapisan F terdiri dari
lapisan F1 dan F2.
•
Lapisan D (ketinggian 70 km, tebal + 10 km) muncul pada siang hari,
merugikan transmisi sinyal MF dan HF karena akan menyerapnya.
•
Jarak lompatan dipengaruhi oleh ketinggian ionosfir : pada siang hari
ionosfir lebih tinggi dibanding pada malam hari jarak lompatan
pada siang hari lebih jauh dibanding pada malam hari, namun energi
yang hilang juga lebih banyak (diserap lapisan D) sehingga sulit untuk
mendapatkan lompatan jamak jarak lebih pendek.
•
Secara teoritis, jarak lompatan-tunggal maksimum + 4.000 km
untuk bisa mengelilingi bumi diperlukan lima kali lompatan-ganda.
• Gelombang Ruang (space wave)
•
Gelombang ruang merambat seperti garis lurus seperti garis pandang
mata (line of sight, LOS) terpantul oleh objek padat (bangunan,
bukit, logam, dlsb).
•
Jarak pancar dipengaruhi ketinggian antena pemancar dan antena
penerima semakin tinggi semakin jauh.
•
Frekuensi sinyal
gelombang ruang :
30 MHz ke atas
(VHF, UHF, SHF,
EHF).
•
Implementasi :
komunikasi radio
titik-ke-titik jarak
dekat, radio siaran
FM, siaran televisi.
Perambatan Hambur Tropo (tropo-scatter)
•
Gelombang merambat di angkasa sebagai akibat dari efek
penghamburan oleh troposfir : gelombangnya disebut sebagai
gelombang hambur-tropo.
•
Digunakan pada pita UHF/SHF (300 MHz ~ 5 GHz) untuk
berkomunikasi jarak jauh dengan memanfaatkan pantulan di
troposfir.
•
Beberapa jenis perambatan dengan hamburan :
• Tugas :
• Buat makalah/bahasan tentang sistem
antena di dalam handphone.
• Tulis tangan
• Maksimum 4 halaman
• Dikumpulkan minggu depan
Yuliman Purwanto
2017
Silabi
1. Sejarah Telekomunikasi
2. Sistem Telekomunikasi Elektronik
3. Modulasi Analog
4. Modulasi Digital
5. Sinyal dan Derau (Noise)
6. Teknik Komunikasi Radio
7. Transmisi Gelombng Radio
8. Teknik Pengkodean (coding)
Dasar
Antena
Teori Dasar
• Pada pemancar : antena bekerja sebagai radiator gelombang RF
ke medium udara sehingga menjadi gelombang e.m. yang bebas.
• Pada penerima : antena bekerja sebagai “penangkap” gelombang
e.m. yang bebas menjadi gelombang terpandu.
• Antena pemancar dan penerima memiliki sifat resiprositas,
yakni sifat-sifat yang dimiliki tepat sama dan, baik pada saat
digunakan sebagai antena pemancar maupun antena penerima.
• Prinsip radiasi dari antena :
•
Beberapa parameter penting antena : impedansi, bati ( gain), pola
radiasi, keterarahan dan polarisasi.
•
Impedansi : besarnya impedansi pada titik pengumpanan. Contoh :
antena seperempat gelombang (1/4l) memiliki impedansi masukan
sekitar 50 W, antena dwikutub terlipat 300 W, dsb.
•
Bati (gain) : merupakan nisbah antara intensitas radiasi maksimum
dengan intensitas radiasi maksimum antena standar/patokan dengan
masukan daya yang sama antena standar : isotropic antenna dan
dipole antenna bati terhadap antena isotropik : dBi, bati terhadap
antena dipole : dBd antena dipole memiliki bati sekitar 3 dB i.
•
Pola Radiasi : pola dari pancaran/radiasi antena pola ke arah
vertikal dan pola ke arah horizontal.
•
Keterarahan : merupakan nisbah antara intensitas radiasi maksimum
dengan intensitas radiasi rata-rata. Contoh : antena dwikutub
sederhana memiliki keterarahan sebesar 3/2.
•
Polarisasi : arah medan elektrik gelombang e.m. yang terpancar dari
antena, relatif terhadap permukaan bumi bisa vertikal, horisontal,
membentuk sudut, atau berputar.
Jenis Antena dan Pola Radiasi
Antena ke segala arah (omni directional antenna)
•
Antena isotropik : meradiasikan gelombang e.m. ke segala arah
(dalam ruang/3 dimensi)
• Contoh antena isotropik :
• Antena monopole (kutub tunggal) : meradiasikan gelombang e.m.
ke semua arah dalam satu bidang.
• Pola radiasi :
• Contoh antena monopole :
• Antena dipole (dwikutub) : meradiasikan gelombang e.m. ke
semua arah dalam satu bidang (untuk polarisasi vertikal) atau
ke dua arah (untuk polarisasi horizontal).
• Pola radiasi :
• Macam-macam antena dipole :
• Macam-macam antena dipole : batwing antenna
•
Antena berpengarahan (directional antenna) : meradiasikan
gelombang e.m. ke satu arah tertentu.
•
Prinsip pengarahan radiasi gelombang e.m. : memantulkan energi
e.m. ke elemen pemantul dan mengfokuskan energi pantulan oleh
elemen pengarah.
•
Antena Yagi-Uda antena berpengarahan pertama di dunia.
Antena Yagi-Uda
•
Ditemukan oleh Prof. Hidetsugu Yagi dan
asistennya Dr. Shintaro Uda tahun 1926.
Prinsip kerja :
Gelombang e.m. dari antena sumber (driven
antenna, biasanya jenis dipole) membangkitkan gelombang induksi di elemen pemantul
dengan fasa yang berkebalikan.
Gelombang ini saling berinteraksi dengan
gelombang asli dan menghasilkan gelombang
pantul.
Pada elemen pengarah (director) terbangkit
gelombang dengan fasa yang sama sehingga
saling menguatkan
Terbangkit energi yang lebih tinggi di arah
depan sehingga terjadi pengarahan.
•
Pola radiasi antena Yagi :
Antena Parabolik
•
Antena parabolik mengadopsi prinsip kerja
pemantul parabolik optik pertama diadopsi
untuk pemantul gelombang e.m. oleh Heinrich
Hertz tahun 1888.
•
Antena parabolik digunakan pada frekuensi
ultra tinggi (UHF) ke atas (SHF, EHF).
•
Prinsip kerja :
Pemancar : memantulkan gelombang dari
antena sumber ke sebuah pemantul
parabolik sehingga diperoleh gelombang
yang sejajar (untuk pemancar)
Penerima : menerima gelombang sejajar
dari pemancar dan mengfokuskannya ke
antena .
•
Antena parabolik memiliki bati pengarahan
sangat tinggi.
•
Bati antena parabolik :
•
Di mana : A = luas “tingkap” antena parabolik = pd2/4, d = diameter
reflektor parabola, l = panjang gelombang, eA = efisiensi tingkap antena.
•
Pola radiasi :
•
Perhitungan titik fokus :
•
Jenis antena parabolik :
• Contoh lain :
Rhombic
• Contoh lain :
• Antena broadcast :
AM broadcast
VHF FM broadcast
VHF TV broadcast
UHF TV broadcast
•
Antena telepon selular :
Antena aplikasi khusus :
Polarisasi Antena
•
Antena meradiasikan gelombang e.m.
yang terdiri medan elektrik dan medan
magnetik.
•
Polarisasi antena mengacu pada posisi
medan elektrik terhadap permukaan
bumi :
Linier vertikal
Linier horisontal
Linier bersudut
Berputar lingkaran
Berputar eliptik
Refleksi, Refraksi, Difraksi dan Interferensi Gelombang
•
Refleksi (pantulan) akan terjadi jika gelombang e.m. menabrak
bumi/tanah, gunung, benda logam, dan bangunan beton.
Pantulan ini mirip dengan pantulan yang terjadi pada cahaya yang
menabrak permukaan cermin.
Jika pemantul terbuat dari konduktor yang ideal semua energi
dipantulkan. Jika tidak sebagian energi akan diserap dan
didisipasikan menjadi panas, diradiasikan kembali, atau terjadi
refraksi.
•
Refraksi (pembelokan/pembiasan) : terjadi bila gelombang e.m.
menabrak lapisan tak padat seperti gas (misalnya lapisan-lapisan
atmosfir) yang memiliki tingkat kepadatan gas yang berbeda-beda.
Efek yang terjadi mirip dengan efek pembiasan cahaya yang
melewati dua medium atau lebih yang berbeda indeks biasnya.
Besarnya pembelokan ditentukan oleh indeks refraksi
(Hukum Snell) :
di mana k = tetapan dielektrik
untuk masing-masing medium.
Jika lapisan gas ini cukup banyak, maka gelombang datang bisa
direfraksikan berkali-kali sehingga hasilnya mirip dengan efek
pantulan gelombang seakan-akan dipantulkan oleh lapisan gas.
•
Difraksi (penguraian) : terjadi jika gelombang e.m. mengenai suatu
benda padat/logam yang bersisi tajam (misalnya bangunan tinggi)
atau menerobos suatu celah kecil (lebih kecil dibanding panjang
gelombangnya).
Gelombang akan terurai (terdifraksi) ke segala arah pada
titik masuk seakan-akan ada sumber gelombang baru yang
memancarkan energi ke semua arah.
Efek difraksi bisa menguntungkan : sinyal bisa ditangkap dari
balik bangunan.
•
Interferensi : terjadi jika dua buah gelombang yang berfrekuensi
•
Pada perambatan gelombang e.m. : radiasi gelombang dari antena
menempuh jalan dan jarak yang berbeda dan tiba pada penerima yang
sama.
•
Interferensi menyebabkan timbulnya efek penjumlahan dan
pengurangan sehingga timbul pola radiasi.
•
Banyak terjadi pada perambatan gelombang HF.
sama saling mencampur.
Perambatan Gelombang Radio
•
Gelombang radio yang dipancarkan antena akan merambat di
udara/ruang bebas dengan kecepatan cahaya.
•
Perambatan gelombang radio mengikuti pola tertentu yang
dipengaruhi oleh frekuensi kerjanya.
•
Secara umum ada 4 jenis perambatan gelombang radio :
a.
merambat di atas permukaan bumi : gelombangnya disebut
sebagai gelombang-permukaan (surface wave). Kadang
disebut juga sebagai gelombang-bumi (ground wave).
b. merambat di angkasa : gelombangnya disebut sebagai
gelombang-angkasa (sky wave).
c.
merambat di ruang bebas : gelombangnya disebut sebagai
gelombang-ruang (space wave).
IONOSPHERE
Sky wave
Space wave
Surface wave
Ground
Gelombang permukaan (surface wave)
•
Merambat mengikuti kontur bumi tidak terpengaruh bentuk
kontur bumi.
•
Bisa merambat sangat jauh bisa antar benua, bahkan bisa
mengelilingi bumi tergantung pada besarnya daya pancar.
•
Frekuensi sinyal gelombang permukaan : 30 kHz – 3 MHz (pita LF
dan MF)
•
Contoh implementasi : komunikasi/navigasi kapal laut di pita LF dan
stasiun penyiaran radio AM di pita MF (MW).
Gelombang Angkasa (sky wave)
•
Merambat ke angkasa dan dipantulkan oleh lapisan atmosfir bagian
atas (ionosfir).
•
Pantulan bisa berkali-kali (jamak) : bumi ionosfir bumi
ionosfir dst. bisa menempuh jarak yang sangat jauh, bahkan
mengelilingi bumi.
•
Frekuensi sinyal gelombang angkasa : 3 – 30 MHz (pita HF).
•
Implementasi : komunikasi jarak jauh di pita HF (baik untuk
penyiaran maupun komunikasi personal).
Ionosfir
•
Merupakan lapisan teratas dari atmosfir menerima sinar
matahari lebih banyak dibanding lapisan lain di bawahnya terjadi
proses pemanasan dan ionisasi sebagai efek dari sinar-sinar a, b,
dan g dari matahari.
•
Lapisan ionosfir terbagi dalam lapisanD, E, F. Lapisan F terdiri dari
lapisan F1 dan F2.
•
Lapisan D (ketinggian 70 km, tebal + 10 km) muncul pada siang hari,
merugikan transmisi sinyal MF dan HF karena akan menyerapnya.
•
Jarak lompatan dipengaruhi oleh ketinggian ionosfir : pada siang hari
ionosfir lebih tinggi dibanding pada malam hari jarak lompatan
pada siang hari lebih jauh dibanding pada malam hari, namun energi
yang hilang juga lebih banyak (diserap lapisan D) sehingga sulit untuk
mendapatkan lompatan jamak jarak lebih pendek.
•
Secara teoritis, jarak lompatan-tunggal maksimum + 4.000 km
untuk bisa mengelilingi bumi diperlukan lima kali lompatan-ganda.
• Gelombang Ruang (space wave)
•
Gelombang ruang merambat seperti garis lurus seperti garis pandang
mata (line of sight, LOS) terpantul oleh objek padat (bangunan,
bukit, logam, dlsb).
•
Jarak pancar dipengaruhi ketinggian antena pemancar dan antena
penerima semakin tinggi semakin jauh.
•
Frekuensi sinyal
gelombang ruang :
30 MHz ke atas
(VHF, UHF, SHF,
EHF).
•
Implementasi :
komunikasi radio
titik-ke-titik jarak
dekat, radio siaran
FM, siaran televisi.
Perambatan Hambur Tropo (tropo-scatter)
•
Gelombang merambat di angkasa sebagai akibat dari efek
penghamburan oleh troposfir : gelombangnya disebut sebagai
gelombang hambur-tropo.
•
Digunakan pada pita UHF/SHF (300 MHz ~ 5 GHz) untuk
berkomunikasi jarak jauh dengan memanfaatkan pantulan di
troposfir.
•
Beberapa jenis perambatan dengan hamburan :
• Tugas :
• Buat makalah/bahasan tentang sistem
antena di dalam handphone.
• Tulis tangan
• Maksimum 4 halaman
• Dikumpulkan minggu depan