Antena dan Propagsi Gelombang GELOMBANG

Antena dan Propagsi Gelombang

GELOMBANG RADIO & TELEKOMUNIKASI
Sejarah telekomunikasi listrik : 1873 Maxwell (C), 1880 H.R Herz (T.I Karlsruhe,lab.), 1901
Marconi (lapangan), 1931 Faraday (L),1938 SFB Morse hubungan telegrap 16 km.
Sekarang :
1. telepon, radio & TV → sehari-hari
2. jaringan global komunikasi suara, gambar, tulisan, data/komputer
3. penelitian & pertahanan : radar, telemetri, computer & communication beserta jaringannya
1.1 Elemen Sistem Komunikasi
Fungsi dasar sistem komunikasi sama : - transmisi/pengiriman informasi
- tiap macam sistem mempunyai kekhususan sendiri.
Definisi komunikasi : Proses pemindahan/penyaluran informasi dari suatu titik dalam ruang
pada waktu tertentu (titik sumber) ke titik lain yang merupakan tujuan atau pemakai.
Message merupakan salah satu manifestasi (bentuk fisik) informasi
Sumber informasi : orang, alat musik, mesin →messagenya huruf, tekanan
udara fungsi waktu, cahaya yang berubah-ubah, dll.
Tujuan komunikasi : menyediakan replika message pada tempat tujuan.
Transduser
: mengubah message menjadi sinyal listrik atau sebaliknya, f(t) ke i(t)
1. transduser input (TI)

2. transduser output (TO)

Elemen komunikasi
Elemen sistem komunikasi – menurut fungsinya, dalam hardware mungkin susah dipisahkan.

TI

SI
message
input

Tx
sinyal
input

CH

sinyal yg
ditransmisikan


Rx
sinyal
input

TO
sinyal
output

TT
message
output

redaman
derau
interferensi
distorsi

Gambar 1-1 Elemen sistem komunikasi
Pemancar Tx : mengkopel message dalam bentuk sinyal yang ditransmisikan ke
kanal transmisi . Signal prosesing untuk transmisi yang efektif dan efisien antara lain

modulasi, penyesuaian sinyal dengan sifat-sifat kanal transmisi.
Kanal transmisi : Sebagai penyambung listrik antara Tx - Rx sekaligus
menjembatani sumber informasi (SI) dan tempat tujuan (TT).
Contoh kanal transmisi : kabel coax, 2 kawat, waveguide, berkas laser, gelombang
radio dll.
Sifat utama : meredam, umumnya sangat besar.
Penerima Rx : mengambil sebagian kecil sinyal dari kanal transmisi, memproses
dan meneruskannya ke transduser output. Proses utama : demodulasi/deteksi, juga
penguatan karena sinyal pada umumnya sangat kecil.

Redaman dan derau
Dalam perjalanan sinyal dari SI ke TT terjadi perubahan dan pengaruh yang tidak dikehendaki:
1.
redaman
mudah diatasi dengan penguatan
distorsi
2.
- perubahan amplituda, frekuensi & fasa
- pada sinyal ada distorsi, tidak ada sinyal distorsi hilang.
- ditoleransikan sampai batas tertentu, hubungan dengan peralatan/kompensasi

- disebabkan oleh respon sistem yang tidak sempurna terhadap sinyal.
3.
interferensi
- gangguan yang disebabkan oleh sinyal di luar sinyal yang diinginkan,
biasanya buatan manusia
- gangguan yang serupa dengan sinyal
- diatasi dengan menghilangkan sinyal interferensi/sumbernya.
4.
derau
- gangguan yang tak mungkin dihilangkan walaupun secara teoritis
- sinyal sebarang dan tak teramalkan yang bersumber dari sebab alamiah
- informasi dapat tertutup oleh derau
- sinyal harus > derau. S/N > 40 db, 10 e-9 ≤ Pe ≤10 e-3

Telekomunikasi radio
1.1.1
Telekomunikasi Radio
Saluran transmisi antara Tx - Rx dapat berbentuk fisik atau non fisik (vakum, ruang bebas). Pada
komunikasi radio gelombang EM dilepaskan ke ruang bebas oleh antena. Ruang bebas
dapat berisi atmosfir bumi dan terhadap gelombang elektromagnetik terjadi :

1. pembiasan/pembelokan
2. pantulan, pembelokan dengan sudut datang = sudut pantul
3. hamburan atau penyebaran ke mana-mana
4. penyerapan sebagian /absorpsi

Antena

saluran transmisi
non fisik

Antena

saluran
transmisi fisik
Tx

Rx

pemancar


penerima

Gambar 1-2 Sistem Komunikasi Radio

Telekomunikasi radio
Tx : menghasilkan daya RF → saluran transmisi → antena → dipancarkan ke segala arah
Rx : mengambil sebagian kecil daya gelombang elektromagnetik dari pemancar yang ada di
ruang bebas melalui antena → saluran transmisi → Rx diproses.
Penerimaan daya oleh antena sekitar 10-8 watt merupakan daya yang besar & mudah diproses.
Efisiensi transfer daya hampir sama dengan nol.
Efisiensi komunikasi → informasi yang diterima kalau replika diterima sempurna sepanjang
waktu → efisiensi 100 % . Reliabilitas dalam praktek ≈ 99.99 %.
Kualitas penerimaan informasi : S/N (analog) atau BER : Bit Error Rate (digital).

Spektrum Frekuensi dan Perambatan Gelombang
Kelakuan gelombang elektromagnetik antara Tx = Rx tunduk kepada hukum-hukum fisika yang tak dapat diatur atau kuasai. Salah satu parameter yang mempengaruhi frekuensi dengan pembagian sebagai berikut
(alokasi frekuensi):
pemakaian
media transmisi
Nama

f /Hz

λ

Ultraviolet
tampak

10-6 m
3000 G

1 mm

30 G

1 cm

3G

10 cm


300 M

1m

30 M

10 m

3M

100 m

0.3 M

1 km

k

10 km


percobaan-percobaan kom.
multi kanal TV, data, dsb.

inframerah

gelombang
EHF mm
super high freg.
SHF
ultra high freq.
UHF
very high freq.
VHF
high frequency
HF
medium freq.
MF
lower frequency
LF
very low freq.

VLF
audio frequency
AF

3 k 100 km
300
1 Mm
30

Sinar laser

1000 T
100 T

100 µm

300 G

30


Serat optik

Saluran
gelombang
radio
(waveguide)

kabel
koaksial

sepasang
kawat

G
300
40
27
18
radio
12
microwave 84
2
1

radio
gelombang
pendek

radio
gelombang
panjang

ELF

10 Mm

percoban-percobaan
navigasi
100 G
satelit-satelit
rele microwave
10 G
satelit - bumi
radar
1G
radiosound
TV
UHF
mobile, aeronautika
TV VHF, FM
100 M
radio mobile
komersial amateur international. 10 M
DF, CB
broadcast AM
1M
aeronautika kabel laut navigasi,
100 k
radio beacon, radio samudera
PLC, kom. kapal selam
sonar
telepon
telegrap

1 mm
Ka
K
KU
X
C
S
L 30 cm

I. T. U

:

International Telecommunication Union

CCIR

:

Comite Consultatif International de Radiocommunication

CCITT :

International Telegraph & Telephone Consultative Committee

Proses propagasi
Spesifikasi dapat ditentukan / disesuaikan, dikuasai sepenuhnya.
Dapat dikontrol
- Tx (mod)
- Rx (demod)
- Antena
- Frekuensi
- dll.
Tak dapat dikontrol : - perambatan gelombang
- parameter lain menyesuaikan diri
- diharapkan prediksi yang tepat
- probabilitas, tak dapat dikuasai sepenuhnya.
Penelitian/pengukuran untuk prediksi & penyesuaian :
- pemilihan frekuensi
- pengukuran sifat atmosfir bumi
penyerapan
pembiasan
redaman
pemantulan
fading
hamburan
- pengukuran sifat perambatan bumi
konduktivitas
permeabilitas
→ redaman
permitivitas
- penyebaran → redaman lintasan

Proses propagasi
Proses propagasi gelombang dapat dianalisis menggunakan gabungan dari
dua macam pendekatan yaitu: - empiris , (sempit)
- pengembangan teori
(hukum-hukum fisika) sulit.
Mekanisme perambatan gelombang antara Tx - Rx merupakan gabungan macam-macam
perambatan, tapi selalu ada yang dominan sebagai berikut :
a. Gelombang permukaan bumi, ground wave
P
E

H

+

+ + + + +

+

(a) ground wave , f < 3 MHz
b. Gelombang langit, sky wave
Ionosfir

Tx

Rx

(b) sky wave

Proses propagasi
c. Gelombang ruang , space wave
f > 30 MHz
d : dekat/ sedang
= 50 km
fading

d. Gelombang langsung , direct wave
satelit
f1
f2
Bumi

e. Hamburan troposfir, tropo scatter

d >>
f > 30 MHz
umumnya GHz

f > 30 MHz
d : jarak kom.
dekat

Karakteristik antena
f. Gabungan / kombinasi dari dua atau lebih macam propagasi di atas.
Misalnya : ground wave & sky wave pada standard broadcast (primary & secondary
services). Tropo scatter dan difraksi.
g. Lain2 seperti : komunikasi dengan meteor burst, hamburan ionosfir
pantulan satelit, bulan dll.
1.2 Definisi-definisi & karakteristik antena
Antena digunakan dalam komunikasi radio sebagai :
a). pelepas energi elektromagnetik ke udara/ruang bebas sehingga berlaku sebagai pemancar
atau sumber gelombang elektromagnetik.
b). penerima energi elektromagnetik dari ruang bebas.
Contoh sehari-hari :

R

DE

D1

D2

D3 D4

Macam-macam antena
1.2.1 Macam-macam antena :
• Antena kawat

dipole

helix

whip
Loop
nx
Beverage
dll.

Macam-macam antena
Antena apertur : terutama untuk pesawat terbang & pesawat ruang angkasa.

Corong piramid

Bumbung gelombang terbuka

corong kerucut

celah pada dinding tabung, dll

Feed

Antena
susunan
pemantul

Antena pemantul

Feed

Macam-macam
antena
pemantul 2

pemantul 1

feed
pemantul

Macam-macam antena
Antena apertur : terutama untuk pesawat terbang & pesawat ruang angkasa.

Corong piramid

Bumbung gelombang terbuka

corong kerucut

celah pd dinding tabung, dll

1.3 Definisi & konsep

Gel. bebas

TX
sal. transmisi
(gelombang terbimbing)

RX
sal. transmisi
(gelombang terbimbing)

Gambar 1-6 Elemen sistem komunikasi radio
a. Antena : transformator antara gelombang terbimbing dengan gelombang
bebas atau sebaliknya.
: struktur transisi antara gelombang terbimbing dan gelombang bebas.
b. Saluran transmisi : alat untuk membimbing energi gelombang EM dari
suatu titik ke titik lain.
Syarat : - redaman minimum
- rugi-rugi panas