ANALISIS KARAKTERISTIK SALURAN TRANSMISI - Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip

MIKROSTRIP

Bab ini berisi tentang analisis karakteristik saluran transmisi yang berupa impedansi karakteristik, rugi-rugi saluran mikrostrip, attenuasi, waktu propagasi dan hasil dari analisis yang dilakukan

BAB V PENUTUP

Berisi kesimpulan dan saran dari hasil pembahasan-pembahasan sebelumnya.

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

BAB II

SALURAN TRANSMISI

2.1Umum

Penyampaian informasi dari suatu sumber informasi kepada penerima informasi dapat terlaksana bila ada suatu sistem atau media penyampai di antara keduanya. Jika jarak antara sumber informasi dengan penerima informasi dekat, maka sistem transmisi yang dipakai cukup melalui media udara. Namun bila jarak keduanya jauh dan sangat jauh, maka dibutuhkan suatu sistem transmisi yang lebih kompleks. Sistem transmisi itu dapat terdiri atas satu atau lebih media transmisi. Media yang digunakan dalam sistem ini dapat berupa media fisik (kabel) maupun non fisik (nirkabel).

Media transmisi fisik merupakan media transmisi yang mempunyai bentuk fisik. Media fisik ini umumnya menggunakan kabel, bumbung gelombang atau serat optik, sedangkan media non fisik berupa udara atau ruang bebas (free space). Saluran transmisi merupakan suatu komponen yang sangat penting dalam sistem transmisi baik sistem kabel maupun nirkabel. Pada sistem transmisi nirkabel, saluran transmisi digunakan untuk menghubungkan pemancar dengan antena pemancar dan penerima dengan antena penerima.

Walaupun gelombang yang merambat pada saluran transmisi berupa medan listrik dan medan magnet yang terdapat di antara kedua penghantarnya, tetapi dapat dimodelkan sebagai suatu rangkaian listrik yang memiliki tegangan dan arus

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

sehingga dapat dianalisis, dimana yang membedakan analisis pada saluran transmisi dengan rangkaian listrika adalah ukuran dan karakteristik listrik saluran transmisi.

2.2Jenis Media Saluran Transrnisi

Walaupun secara umum media saluran transmisi yang digunakan pada frekuensi tinggi maupun gelombang mikro (microwaves) dapat berupa sepasang penghantar atau sebuah penghantar berongga, namun dalam aplikasinya dapat kita bedakan dalam 4 kategori. yakni :

a. Saluran transmisi dua kawat sejajar (two-wire transmission line), b. Saluran transmisi koaksial (coaxial transmission line),

c. Bumbung gelombang (waveguides), d. Microstrip dan stripline.

Saluran transmisi two-wire hanya cocok dipakai pada daerah frekuensi terendah dari spektrum frekuensi radio sebab pada frekuensi yang lebih tinggi saluran transmisi jenis ini memiliki redaman yang sangat besar. Untuk memperbaiki keterbatasan saluran two-wire ini maka pada frekuensi yang lebih tinggi, penggunaan sepasang penghantar sejajar digantikan oleh sepasang penghantar yang disusun dalam satu sumbu yang sama, disebut "coaxial'. Dengan saluran ini redaman yang dialami medan elektromagnetik dapat dikurangi. Pada daerah frekuensi yang lebih tinggi lagi (gelombang mikro), saluran coasxial tidak cocok dipakai karena gelombang elektromagnetik merambat dalasm bentuk radiasi menembus bahan dielektrik saluran sehingga redamannya semakin besar. Untuk itu, digunakan suatu saluran berupa penghantar berongga yang disebut bumbung

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

gelombang. Sedangkan untuk menghubungkan jarak yang dekat, pada frekuensi ini biasanya digunakan saluran transmisi yang disebut stripline dan microstrip.

Berdasarkan konstruksi fisik, saluran transmisi dapat dibedakan menjadi: a. Two-wire line (Twin Lead)

Merupakan saluran dua kawat yang terdiri dari sepasang penghantar sejajar yang dipisahkan oleh bahan dielektrik jenis polyethylene. Saluran ini biasanya mempunyai impedansi karakteristik 300 Ω sampai 600 Ω dan banyak dipakai

untuk neghubungkan penerima pesawat televisi dengan antena penerima pada daerah Very High Frequency (VHF). Struktur fisiknya dapat dilihat pada gambar 2.1. Garis putus-putus pada gambar tersebut menunjukkan medan magnet yang timbul di sekeliling induktor, sedangkan garis yang tidak putus-putus menunjukkan medan listrik.

Low Loss Dielectric ^D

Gambar 2.1 Two Wire Line

b. Coaxial Line

Merupakan salurtan tidak seimbang (unbalanced line), dimana salah satu kawat penghantarnya digunakan sebagai pelilndung bagi kawat penghantar yang lain dalam satu sumbu yang sama. Kedua kawat penghantarnya dipisahkan oleh bahan dielektrik polyethelyne atau teflon. Saluran transmisi ini paling banyak digunakan untuk mengirimkan energi dengan frekuensi radio (RF), baik dalam sistem pemancar maupun penerima. Impedansi karakteristiknya beragam,

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

mulai dari 50 Ω sampai 75 Ω. Struktur fisik dan pola medannya dapat dilihat

pada gambar 2.2 dimana garis putus-putus menunjukkan medan magnet, sedangkan garis yang tidak putus-putus menunjukkan medan listrik.

Copper Braid (Outer Conductor) Inner Insulator (Polyethelyne) Inner Conductor Outer Insulator

Flexible Coaxial Line Rigid Coaxial Line Dielectric

Rigid Outer Conductor

Inner Conductor

D d

Gambar 2.2 Kabel Coaxial

c. Balanced Shielded Line

Merupakan perpaduan dari saluran two=wire line dan coaxial, dimana kedua kawat penghantarnya saling sejajar, namun untuk mengurangi rugi-rugi radiasi digunakan pelindung (shielded) dari jalinan serat logam seperti pada saluran coaxial. Kabel ini mempunyai karakteristik yang lebih baik dibandingkan kabel two-wire. Konstruksi dan pola medan-nya diperlihatkan pada gambar 2.3. Shielded Pair Two Wire Dielectric Braided Shield Rubber Cover h D d

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

d. Microstrip dan Stripline

Merupakan saluran transmisi yang bentuk fisiknya berupa kabel yang bersifat kaku. Saluran transmisi jenis ini biasanya digunakan untuk bekerja pada daerah frekuensi gelombang mikro (orde GHz) dan digunakan untuk menghubungkan piranti elektronik yang berjarak dekat. Saluran microstrip biasanya dibuat dalam bentuk Printed Cabling Board (PCB) dengan bahan khusus yang mempunyai rugi-rugi rendah pada frekuensi gelombang mikro. Bentuk fisiknya dan pola medannya dapat dilihat pada gambar 2.4.

Stripline _Microstrip Dielectric material Inner Conductor Ground Plane Dielectric material Second Conductor W W h h

Gambar 2.4a Bentuk Fisik Stripline dan Microstrip

H E

H = medan magnet; E = medan listrik

Gambar 2.4b Pola Medan pada Stripline dan Microstrip

e. Bumbung Gelombang (Waveguides)

Merupakan saluran transmisi yang berbentuk konduktor berongga, akan tetapi masih bisa dikategorikan sebagai saluran transmisi, karena masih

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

berfungsi untuk menyalurkan gelombang walaupun yang disalurkan di dalamnya bukan lagi berupa arus atau tegangan, namun berupa gelombang elektromagnetik itu sendiri. Pada frekuensi yang sangat tinggi, diatas 1GHz, saluran transmisi sudah tidak efektif lagi sebagai media transmisi gelombang elektromagnetik, karena pada frekuensi tersebut efek radiasi dari redaman saluran sudah terlalu besar.

Impedansi karakteristik dan mode perambatan gelombang pada saluran jeis ini berbeda dengan jenis sebelumnya. Salah satu aplikasi dari bumbung gelombang ini adalah serat optik. Walaupun kondisinya berbentuk kabel, namun serat optic merupakan saluran transmisi jenis “bumbung gelombang”, dalam hal ini, bumbung berpenampang lingkaran (circular waveguide). Aplikasi yang lainnya yaitu sebagai pengumpan (feeder) pada antena parabola. Adapun gambar bumbung gelombang seperti pada gambar 2.5.

Konduktor

Bahan Dielektrik Udara

(a) (b)

Gambar 2.5 Waveguide: (a) Rectangular Waveguide, (b) Circular Waveguide

2.3Karakteristik Saluran Transmisi

Karakteristik listrik pada saluran transmisi berbeda dengan karakteristik dari rangkaian listrik biasa. Karakteristik listrik suatu saluran transmisi sangat bergantung pada konstruksi dan dimensi fisiknya.

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

Ketika hubungan antara sumber sinyal dengan beban sedang berlangsung, maka sinyal akan merambat pada pasangan kawat penghantar saluran transmisi menuju ke ujung yang lain dengan kecepatan tertentu. Semakin panjang saluran transmisi, maka waktu tempuh dari rambatan sinyal itu akan semakin lama. Arus yang mengalir di sepanjang saluran akan membangkitkan suatu medan magnet yang menyelimuti kawat penghantar dan adakalanya saling berimpit dengan medan magnet lain yang berasal dari kawat penghantar lain di sekitarnya. Medan magnet yang dibangkitkan oleh kawat penghantar berarus listrik, merupakan suatu timbunan energi yang tersimpan dalam kawat penghantar tersebut sehingga dapat dianggap bahwa kawat penghantar bersifat induktif atau memiliki induktansi.

Tegangan yang ada di antara dua kawat penghantar akan membangkitkan medan listrik. Medan listrik ini juga merupakan timbunan energi yang mungkin juga saling berimpit dengan medan listrik lain di sekitarnya, sehingga akan timbul kapasitansi di antara dua kawat penghantar. Untuk saluran yang panjang, induktansi dan kapasitansi itu akan menyebar secara merata pada sepanjang saluran dan besarnya tergantung pada frekuensi sinyal atau gelombang yang merambat di dalamnya.

Setiap jenis saluran transmisi dua kawat juga mempunyai suaru nilai konduktansi yakni nilai yang merepresentasikan kemungkinan banyaknya elektron yang mengalir (arus) melewati atau menembus bahan dielektrik saluran. Jika saluran diamggap seragam (uniform), dimana semua nilai besaran-besaran tersebut sama di sepanjang saluran, maka potongan kecil saluran dapat dianggap merepresentasikan panjang keseluruhan.

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

Tiga hal inilah yang menjadi alasan bahwa saluran transmisi berbeda dari rangkaian-rangkaian listrik pada umumnya, sehingga karakteristik salurasn transmisi dapat dibedakan atas Lumped Constant dan Distributed Constant.

2.3.1. Lumped Constant

Saluran transmisi juga memiliki besaran atau konstanta seperti induktansi, kapasitansi dan resistansi sebagaimana seperti pada rangkaian listrik pada umumnya, akan tetapi pada rangkaian listrik konstanta-konstanta yang ada dalam rangkaian bertumpuk di dalam piranti rangkaian itu sendiri, maka besaran atau konstanta yang demikian disebut dengan lumped constant

2.3.2. Distributed Constant

Idealnya saluran transmisi juga memiliki nilai induktansi, kapasitansi dan resistansi yang bersifat bertumpuk (lumped), namun tidak demikian halnya, karena saluran transmisi memiliki besaran atau konstanta dengan nilai yang terdistribusi di sepanjang saluran dan masing-masing tidak dapat dipisahkan satu dengan lainnya, maka besaran yang demikian disebut distributed constant, yang artinya nilainya terdistribusi di sepanjang saluran, diameter penghantar, jarak antar penghantar dan jenis bahan dielektrik yang memisahkan kedua penghantar. Maka ini berarti nilai-nilai konstanta ini akan berubah bila panjang saluran diubah. Adapun macam-macam distributed constant, antara lain:

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

1. Induktansi Saluran

Sewaktu arus mengalir pada kawat penghantar saluran transmisi, maka di sekeliling penghantar akan timbul garis gaya magnet dalam arah tertentu seperti gambar 2.6 di bawah ini:

Gambar 2.6 Distributed Inductance

Garis gaya ini mempunyai intentitas dan arah yang bervariasi sesuai dengan variasi dari perubahan besar dan arah arus dalam penghantar. Energi yang dihasilkan oleh garis gaya magnet yang tersimpan dalam kawat penghantar dapat dipandang merepresentasikan sekumpulan induktansi di sepanjang saluran (dengan satuan µH/satuan panjang).

2. Kapasitansi Saluran

Sewaktu saluran transmisi dihubungkan ke sumber sinyal, maka tegangan di antara kedua penghantar menimbulkan medan listrik, yang tersimpan di antara kedua penghantar di sepanjang saluran, seperti gambar 2.7 di bawah ini:

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010. Distributed Capacitance Electric field + -+

-Gambar 2.7 Distributed Capacitance

Adapun besar kapasitansi ini dinyatakan dengan satuan pikofarad per satuan panjang (pF/satuan panjang).

3. Resistansi Saluran

Lawat penghantar saluran transmisi dengan panjang tertentu memiliki besar tahanan tertentu juga. Hal ini direpresentasikan oleh besar arus yang semakin lama semakin kecil di ujing saluran, bila saluran ini dihubungkan dengan sumber sinyal. Resistansi ini juga terdistribusi di sepanjang saluran (seperti pada gambar 2.8) dengan satuan Ohm persatuan panjang (Ω/satuan panjang)

Distributed Resistance

Gambar 2.8 Distributed Resistance

4. Arus Bocor dan Konduktansi Saluran

Akibat tidak sempurnanya sifat bahan dielektrik yang memisahkan kedua kawat penghantar saluran transmisi, maka timbul arus bocor yang mengalir di antara kedua penghantar (arus yang mengalir kecil sekali),

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

arus ini merepresentasikan sifat konduktivitas dari bahan dielektrik yang seakan-akan seperti suatu resistansi yang terhubung di antara kedua kawat penghantar (seperti pada gambar 2.9) . Hal ini dikenal sebagai konduktansi saluran (dengan satuan picomho persatuan panjang (p /satuan panjang) atau siemen (S)).

Distributed Conductance

Leakage Current in Transmission

Line

Gambar 2.9 Distributed Conductance

2.3.3. Impedansi Karakteristik Saluran

Besaran-besaran terdistribusi seperti induktansi, kapasitansi, resistansi dan konduktansi merupakan parameter primer suatu saluran transmisi yang terdapat dalam semua jenis saluran, terlepas apakah pada saat itu saluran tersebut dihubungkan atau tidak dengan sumber sinyal. Tetapi ada juga parameter yang penting dari saluran transmisi yang disebut “impedansi karakteristik”.

Gelombang yangn merambat pada saluran transmisi yang panjangnya tak berhingga, tidak akan mempengaruhi apa yang ada di ujung saluran. Perbandingan antara tegangan dan arus di ujung masukan saluran sesungguhnya dapat dianggap sama dengan perbandingan antara tegangan dan arus setelah mencapai ujung lainnya. Dapat diartikan bahwa arus dan tegangan di antara kedua kawat penghantar saluran itu memandang saluran transmisi sebagai suatu impedansi. Impedansi inilah yang disebut “impedansi karakteristik (Zo)”.

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010. forwad arus forward tegangan Z_o = ………(2.1)

Jadi dapat dikatakan bahwa impedansi karakteristik adalah impedansi yang diukur di ujung saluran transmisi yang panjangnya tak berhingga. Bila daya dirambatkan pada saluran transmisi dengan panjang tak berhingga, maka daya itu akan diserap seluruhnya di sepanjang saluran. Tegangan dan arus akan menurun di sepanjang saluran sebagai akibat bocornya arus pada kapasitansi antar penghantar dan hilangnya tegangan pada induktansi saluran.

Zo = V/I V Zo V’ Zo I 1 1' 2 2' Zo = V’/I’ I’ Zo 2 2' 1 1' Zo

Gambar 2.10 Pengukuran Impedansi Karakteristik

Pada gambar 2.10, diperlihatkan bahwa impedansi yang dipandang pada titik 1’-2’ (jarak titik 1’-2’ ke 1-2 berhingga) ke arah kanan adalah sebesar Zo juga, tetapi dengan tingkat tegangan dan arus yang lebih kecil dibandingkan dengan tegangan pada titik 1-2. Sehingga bila impedansi pada titik 1’-2’ digantikan dengan impedansi beban sebesar Zo, maka impedansi di titik 1-2 akan sebesar Zo juga.

Impedansi karakteristik saluran tanpa rugi-rugi (loseless-line) dapat dituliskan sebagai:

C L

Zo= [Ω/m] ………..(2.2)

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

L = induktansi total kedua kawat penghantar sepanjang saluran l (Henry) C = kapasitansi antar kedua kawat penghantar dalutan sepanjang l (Farad)

Besar impedansi karakteristik suatu saluran transmisi maupun bumbung gelombang berbeda-beda dan nilainya ditentukan oleh ukuran fisik penampang dan bahan dielektrik yang digunakan sebagai isolator. Adapun inpedansi karakteristik saluran transmisi dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut:

Tabel 2.1 Impedansi Karakteristik Saluran Transmisi

Jenis Saluran Zo [Ω] L [H/m] C [F/m] Twin Lead Coaxial Balanced Shielded v=h/d =h/D Microstrip/Strip line_[3]       W T e_t 377 dimana:

D = jarak antar konduktor (pada twist pair) atau diameter konduktor outer (pada coaxial dan balanced shielded) (meter)

d = diameter konduktor inner (meter)

h = jarak antar konduktor (pada balanced shielded) (meter) k = konstanta dielektrik bahan isolator

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

µ = permeabilitas

e_t = konstanta dielektrik relative padre PCB (printed cabling board) T = ketebalan dari PCB

W = lebar dari konduktor stripline atau microstrip

2.3.4. Rugi-Rugi (Losses) pada Saluran Transmisi

Tegangan maupun arus dari sinyal yang merambat di sepanjang saluran transmisi akan mengalami penurunan seiring dengan jarak yang makin panjang, ini berarti saluran transmisi memiliki rugi-rugi.

Pada umumnya ada tiga macam rugi-rugi yang terdapat pada saluran transmisi yang sedang dilalui sinyal, yaitu:

a. Rugi-Rugi Tembaga

Rugi-rugi ini antara lain berupa disipasi daya (I²R) yang berupa panas yang bersifat resistif dan rugi-rugi akibat efek kulit (skin effect). Makin tinggi frekuensi, makin besar resistansi yang timbul akibat skin effect ini, sehingga ini mengakibatkan rugi-rugi saluran makin besar. Jadi selain disebabkan oleh resistansi penghantarnya sendiri, rugi-rugi tembaga ini juga disebabkan oleh skin effect, yang menyebabkan resistansi penghantar pada frekuensi tinggi juga meningkat.

b. Rugi-Rugi Dielektrik

Rugi-rugi ini timbul diakibatkan oleh pemanasan yang terjadi pada kawat penghantar sewaktu dilalui arus bolak balik. Daya yang dikirimkan sumber sinyal sebagian berubah menjadi panas yang terjadi pada bahan

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

dielektrik. Ketika dilalui arus bolak-balik, maka struktur atom dari bahan dielektrik akan mengalami perubahan dan perubahan ini membutuhkan energi. Energi inilah yang mengakibatkan timbulnya rugi-rugi daya. Semakin sulit struktur atom suatu bahan dielektrik berubah, maka semakin besar energi yang dibutuhkannya, yang berarti semakin besar rugi daya yang disebabkannya.

c. Rugi-Rugi Radiasi dan Induksi

Rugi-rugi ini terjadi akibat adanya medan-medan yang ada disekitar kawat penghantar. Rugi-rugi induksi terjadi ketika medan elektromagnetik di sekeliling penghantar terkena langsung dengan suatu penghantar tersebut, akibatnya daya hilang pada penghantar tersebut. Rugi-rugi radiasi merupakan rugi-rugi yang disebabkan hilangnya sebagian garis-garis gaya magnet karena memancar keluar dari saluran transmisi.

Rugi-rugi pada saluran ini mengakibatkan redaman yang dinyatakan dalam satuan decibel per satuan ataupun neper per satuan panjang.

2.4Gelombang Elektromagnetik dalam Saluran Transmisi

Ketika pengiriman sinyal melalui suatu saluran, maka medan-medan (listrik dan magnet) yang dikirimkan dari sumber sampai ke beban dan setelah sampai di beban, energi yang tersimpan dalam medan-medan tersebut diubah menjadi energi yang diinginkan, dimana medan-medan ini dikenal sebagai medan elektromagnetik.

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

Perambatan energi listrik di sepanjang saluran transmisi adalah dalam bentuk medan elektromagnetik transversal yaitu gelombang yang arah perambatannya tegak lurus terhadap perpindahannya.

Ada tiga tipe perambatan yangn dikenal pada saluran transmisi meupun bumbung gelombang, yaitu tipe TEM (Transverse Electric Magnetic), TE (Transverse Electric) dan TM (Transverse Magnetic), biasanya tipe TEM yang terjadi pada saluran transmisi, sedangkan tipe TE dan TM umumnya terjadi pada bumbung gelombang (waveguides).

Pada tipe TEM, medan magnet (H) dan medan listrik (E), gelombang saling tegak lurus dan melintang terhadap sumbu perambatan, sehingga tidak ada komponen medan yang searah dengan sumbu perambatannya, sedangkan pada tipe lainnya, salah satu komponen medannya akan searah dengan sumbu perambatan.

Daerah atau bagian dari saluran transmisi yang paling padat diselimuti oleh medan elektromagnetik adalah bagian diantara kedua kawat penghantarnya, yang biasanya diisi oleh suatu bahan isolator. Parameter yang penting dari bahan isolator adalah konstanta dilektrik (k). Harga konstanta dielektrik ini merupakan harga relative terhadap konstanta dielektrik dari ruang hampa.

Ada dua hal penting yang mempengaruhi suatu gelombang, yaitu:

2.4.1. Kecepatan Rambat Gelombang

Gelombang yang merambat di sepanjang saluran transmisi bisa memiliki kecepatan yang berbeda-beda tergantung pada jenis dan karakteristik propagasi saluran tersebut. Kecepatan merambat medan elektromagnetik di sepanjang saluran transmisi juga ditentukan oleh besarnya konstanta dielektrik dari

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

isolator kawat penghantarnya. Semakin besar harga k, maka kecepatan merambat akan semakin pelan. Hubungan antara konstanta dielektrik dengan kecepatan rambat gelombang dapat dituliskan sebagai:

k v 8 10 3× = ……… (2.3) dimana:

k = konstanta dielektrik bahan isolator.

Harga konstanta dielektrik bahan isolator yang harganya adalah harga relative terhadap konstanta dielektrik udara (ruang hampa), sehingga tidak memiliki satuan. Konstanta dielektrik beberapa bahan isolator ditampilkan pada tabel 2.2 berikut:

Tabel 2.2 Konstanta Dielektrik dan Kecepatan Rambat Gelombang Elektromagnetik pada Bahan Isolator

Material ^{Konstanta Dielektrik}

(k) Kecepatan Rambat (v) [m/detik] Ruang hampa Udara Teflon PVC Nylon Polystyrene 1.000 1.006 2.100 3.300 4.900 2.500 300 x 10⁶ 299.2 x 10⁶ 207 x 10⁶ 165 x 10⁶ 136 x 10⁶ 190 x 10⁶

Untuk saluran transmisi tanpa rugi-rugi (loseless line), kecepatan rambat gelombang dalam saluran dapat dituliskan sebagai:

v 

= ………... (2.4)

dimana:

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

L = induktansi total kedua kawat penghantar saluran sepanjang (Henry), C = kapasitansi antar kedua kawat penghantar sepanjang saluran (Farad).

2.4.2. Panjang Gelombang

Panjang gelombang didefenisikan sebagai jarak dimana gelombang tersebut bergeser atau berjalan sejauh satu siklus (identik dengan perubahan sudut 2 ).

Bila suatu sinyal frekuensi tinggi merambmat pada suatu saluran transmisi, maka panjang gelombang sinyal tersebut di dalam saluran akan bergantung pada harga konstanta dielektrik (k) dari bahan isolator tersebut menurut hubungan: k f c = λ (meter) ……….. (2.5) dimana:

c = kecepatan rambat gelombang elektromagnetik pada ruang hampa (3 x 108 m/detik),

f = frekuensi gelombang tersebut (Hz), dan

k = konstanta dielektrik.

2.5Rangkaian Ekivalen dan Parameter Saluran Transmisi

Agar dapat menentukan atau mencari distribusi tegangan dan arus di sepanjang saluran transmisi, maka terlebih dahulu kita harus dapat menggambarkan sifat-sifat atau karakteristik listrik saluran transmisi tersebut dalam bentuk suatu model atau rangkaian ekivalennya. Rangkaian ekivalen suatu saluran transmisi akan terdiri dari

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

resistansi (R), induktansi (L) seri, kapasitansi (C) dan konduktansi (G) parallel, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.11.

Shunt C dan G

L dan R berurutan

Gambar 2.11 Rangkaiang Ekivalen Saluran Transmisi

Keempat besaran tersebut, terdistribusi secara merata di sepanjang saluran transmisi. Resistansi (R), disini dapat dibayanngkan sebagai resistansi dari kawat penghantar saluran transmisi, dalam satuan ohm per meter (Ω/m). Arus yang

mengalir pada kawat penghantar akan menimbulkan medan magnet di sepanjang saluran transmisi yang menyebabkan timbulnya tegangan induksi L di/dt. Induktansi L ini juga terdistribusi merata di sepanjang saluran transmisi, dengan satuan henry per meter (H/m). Kapasitansi C dapat dibayangkan sebagai kapasitansi yang timbul di antara dua kawat penghantar yang letaknya sejajar satu sama lain sepanjang saluran transmisi. Ketidak sempurnaan bahan isolator (dielectric loss) antara kedua kawat penghantar ditandai sebagai konduktansi G yang mempunyai satuan mho per meter atau siemens per metet (S/m).

2.6Persamaan Umum Saluran Transmisi

Bila pada gambar 2.11 di atas, dianggap bahwa arah perambatan gelombang dalam sumbu x, dan bila kita potong suatu elemen kecil dari saluran tersebut,

sepanjang x yang mengandung resistansi R. x ohm, induktansi L. x henry, kapasitansi C. x farad dan konduktansi G. x mho, maka akan diperoleh gambar

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

2.12. Dengan menggunakan Kirchoff Voltage Law (KVL) dan Kirchoff Current

Law (KCL), dapat dituliskan:

(

)

0 ) , ( ) , ( ) , ( − +∆ = ∂ ∂ ∆ − ⋅ ∆ ⋅ − v x x t t t x i x L t x i x R t x v ………. (2.6)

(

)

0 ) , ( ) , ( ) , ( − +∆ = ∂^∆ + ∂ ∆ ⋅ − ∆ + ⋅ ∆ ⋅ − i x x t t t x x v x C t x x v x G t x i ….. (2.7) v (x,t) R x L x G x C x v (x+ x,t) -i( x,t) i(x+ x,t) 1x x x i(x,t) x v (x,t) x

Lemuel Artios L. Tobing : Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip, 2010.

BAB III

SALURAN TRANSMISI MIKROSTRIP

3.1. Umum

Sejumlah perbedaan saluran transmisi yang umumnya digunakan untuk

Dalam dokumen Analisis Karakteristik Saluran Transmisi Mikrostrip (Halaman 12-71)