• Tidak ada hasil yang ditemukan

Modul #08. Propagasi Gelombang EM: Gelombang Ruang dan Gelombang Ruang Bebas

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "Modul #08. Propagasi Gelombang EM: Gelombang Ruang dan Gelombang Ruang Bebas"

Copied!
27
0
0

Teks penuh

(1)

Modul #08

TE 3423

TE 3423

TE 3423

TE 3423

ANTENA DAN PROPAGASI

ANTENA DAN PROPAGASI

Propagasi Gelombang EM:

Gelombang Ruang

dan

Gelombang Ruang

dan

Gelombang Ruang Bebas

Program Studi S1 Teknik Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro - Sekolah Tinggi Teknologi Telkomgg g Bandung – 2007

(2)

Organisasi

Modul 8 Gelombang Ruang dan

Gelombang Ruang Bebas

g

g

• A. Pendahuluan

page 3

B H b

Li

Of Si ht

5

• B. Hubungan Line Of Sight

page 5

• C. Gelombang Ruang Bebas

page 20

D De ices

page 23

(3)

A. Pendahuluan

k d f k d 30 d l h k k

Komunikasi pada frekuensi di atas 30 MHz umumnya adalah komunikasi gelombang ruang ( Line Of Sight dan Wireless ) dan gelombang ruang bebas ( Space Communication )

Radio Communication

R di i lli

3 kHz 300 GHz

Radio, microwave, satellite

VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF

3 kHz 30 kHz 300 kHz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz 300 GHz Tropospheric

Surface Ionospheric Space & Line

(4)

A. Pendahuluan

Gelombang Ruang

Asumsi :

Terdapat gelombang

Komunikasi Line Of Sight

¿ Rugi lintasan umumnya dianggap free space

Komunikasi

p g g

langsung dan

gelombang pantul Komunikasi Jarak Dekat (mis. Mobile Communication)

gg p p

Komunikasi

di atas 30

MHz

( )

¿ Rugi lintasan orde β

¿ Plane Earth Propagation

Model

Gelombang Ruang Bebas

g

g

Asumsi :

Hanya terdapat gelombang langsung saja ¿ Rugi lintasan free space

(5)

B. Hubungan Line Of Sight

Overview

Hubungan Line Of Sight biasa digunakan untuk broadband connectivity

communication , dengan frekuensi pembawa umumnya diatas 1 GHz.

Informasi yang dibawa bisa jadi adalah satu atau campuran dari informasi

Overview

Informasi yang dibawa bisa jadi adalah satu atau campuran dari informasi

sbb :

• Kanal telepon • Informasi data

• Telegraph dan telex • Telegraph dan telex • Facsimile

• Video

• Program channel l

• Telemetry

Modulasi yang digunakan dalam komunikasi LOS bisa modulasi analog

(FM) ataupun dengan memakai modulasi digital (pelajari syarat2-nya)

Jarak Komunikasi

Link Line Of Sight, atau sering juga disebut hop, umumnya memiliki

panjang 10 100 km

(6)

4 Step Proses Desain

B. Hubungan Line Of Sight

4 Step Proses Desain

1. Perencanaan awal dan pemilihan lokasi menara

Meliputi perencanaan modulasi, beberapa syarat sistem komunikasi (digital / analog), besar informasi yang hendak dikirimkan, jenis service ( syarat QoS ) ,

2. Menggambar profil lintasan

g) y g j ( y )

dsb. Perencana juga harus mengetahui apakah komunikasi yang dilakukan adalah independen atau merupakan bagian dari network yang lebih besar

gg

p

3. Analisis lintasan

Yang diperhatikan : profile bumi sepanjang lintasan, path clearance, refleksi bumi.

3. Analisis lintasan

4. Survey lokasi

Daya pancar yang diperlukan, metoda-metoda perbaikan

Detail lokasi site (lintang dan bujur) lokasi antena ketersediaan catu daya Detail lokasi site (lintang dan bujur), lokasi antena, ketersediaan catu daya, data cuaca lokasi, survei EMI (Electromagnetic Interference), dan berbagai faktor pembatas lokasi lainnya.

Detail dari perencanaan komunikasi LOS diberikan dikuliah Perencanaan Radio p

Terestrial. Kuliah Antena dan Propagasi terutama membahas tentang point 2 dan 3 di atas

(7)

Tipikal Kanal Propagasi

B. Hubungan Line Of Sight

Tipikal Kanal Propagasi

• Umumnya diasumsikan terdapat

gelombang langsung dan

gelombang pantul

Fading Margin

Reliability

10 dB

90%

gelombang pantul

• Terdapat fading cepat ( short

term fading / rayleigh ), dan

fading lambat ( lons term fading

10 dB

20 dB

30 dB

40 dB

90%

99%

99,9%

99 99%

fading lambat ( lons term fading

/ lognormal )

40 dB

99,99%

¿ Pelajari kembali dari modul 1, berbagai teknik mengatasi fading ( fading margin diversitas dsb )

• Redaman hujan kadang

dipertimbangkan dan kadang

id k

fading ( fading margin, diversitas, dsb )

p

g

g

tidak

• Teknik perbaikan :

¿ Fading Marginad g a g ¿ Diversitas

(8)

B. Hubungan Line Of Sight

Rumus Barnett-Vignant

untuk menghitung fading margin microwave link stasioner (LOS terrestrial) …

(9)

Daerah Fresnell

B. Hubungan Line Of Sight

Daerah Fresnell

• Teori difraksi Fresnell-Kirchoff dikembangkan mula-mula untuk menjelaskan difraksi cahaya yang melalui suatu celah

• Teori ini berdasarkan prinsip Huygens yang menyatakan bahwa tiap titik yang p p yg y g y p y g dilalui gelombang dapat dianggap sebagai sumber titik gelombang, sehingga

gelombang yang dipancarkan dapat dianggap sebagai superposisi gelombang dari sumber-sumber titik tersebut

Lih t b b ik t

• Lihat gambar berikut :

Rn ln l1 d d Tx Rx dinding d1 d2 d

Bidang lingkaran yang dibatasi R1

R1

R O

g g y g 1

¿ Daerah Fresnell I

Bidang lingkaran yang dibatasi R2 ¿ Daerah Fresnell II

R2

(10)

B. Hubungan Line Of Sight

Rn

ln l1

d1 d2

Tx Rx Jari-jari Fresnell diperoleh darikonsep perbedaan fasa antara

gelombang pantul dan gelombang

dinding d langsung, 2 1 t

E

E

E

=

+

( ) j jφ φ φ R1 R2 O ( 1 R) 1 j xo j xo t

E

e

R

E

e

E

=

φ

+

φ +φ Karena,

Jarak Tx-Rx >> tinggi menara,

maka biasa dianggap REV = REH = 1 , dan φR = π ( Lihat modul 1 ! )

(

l

1

+

l

n

) (

d

1

+

d

2

)

=

n

λ

(

) (

)

2

2 1 n 1 Untuk d1 >> 10 d2, maka : l1 ≈ d1 Sehingga,

d

l

λ

2

n

d

l

n

2

=

(11)

• Jari jari Fresnell

dapat dihitung sbb :

B. Hubungan Line Of Sight

• Jari-jari Fresnell

dapat dihitung sbb :

2 2 2 n 2 n

d

2

n

l

2

n

d

l

λ

+

=

λ

=

2 2 2 2 2 n 2 2 2 n 2 n

d

d

2

n

R

d

l

R

λ

+

=

=

2

⎛ λ

2 2 n

n

d

2

n

R

λ

⎛ λ

=

Karena nλ << d , maka :

Agustien Jean Fresnel

2

n

n

d

R

=

λ

Rn akan berubah kontinyu terhadap perubahan d1 dan d2

Untuk kasus yang lebih umum, d1 ≈ d2

d

d

n

R

=

λ

1 2

R

n

n

d

λ

=

d

R

n

=

max untuk d 1 = d2

4

n

(12)

• Rumus Praktis Jari Jari Fresnell I

B. Hubungan Line Of Sight

• Rumus Praktis Jari_Jari Fresnell I

2 1 I

d

d

3

.

17

R

=

R1 jari-jari fresnell ( dalam meter )

d1 , d2, dan d jarak ( dalam kilometer ) GHz I

f

.

d

3

.

17

R

1 2 j ( ) f frekuensi ( dalam GHz )

d

d

R j i j i f ll ( d l f t ) GHz 2 1 I

f

.

d

d

d

1

.

72

R

=

R1 jari-jari fresnell ( dalam feet )

d1 , d2, dan d jarak ( dalam statute mile ) f frekuensi ( dalam GHz )

(13)

• Arti Fisis Jari-Jari Fresnell

B. Hubungan Line Of Sight

Arti Fisis Jari Jari Fresnell

a. Medan yang diterima dari daerah Fresnell ganjil adalah sefasa, demikian juga yang berasal dari daerah Fresnell genap. Tetapi antar keduanya berlawanan fasa b Jik d b h l d l t k b hi dil b i b d h

b. Jika ada sebuah layar dengan luas tak berhingga, dilubangi sebesar daerah

Fresnell I, maka penerimaan kuat medan di penerima adalah 2 kali penerimaan kuat medan tanpa layar

Jik l b di b l i l d h F ll II k i k t c. Jika lubang diperbesar lagi seluas daerah Frenell II, maka penerimaan kuat

medan di penerima adalah = 0

d. Pembesaran lubang dilanjutkan, maka diperoleh penerimaan kurang dari 2 k li il i 1 k li ti t l

kali….mengecil….sampai 1 kali seperti tanpa layar

e. Pada lubang dengan jari-jari = 0,6 jari-jari fresnell I, maka kuat medan penerimaan sama dengan kuat medan penerimaan jika tanpa layar

f. Didefinisikan Clearance Factor :

C

clearance

C

=

=

I RI

R

radius

fresnell

first

C

=

=

(14)

• Rugi Lintasan

B. Hubungan Line Of Sight

• Rugi Lintasan

a. Hubungan LOS banyak diaplikasikan untuk VHF/UHF serta terutama

gelombang mikro, keadaan perambatan rata-rata dianggap sebagai gelombang llangsung

b. Redaman lintasan (pathloss) dianggap seolah adalah redaman ruang bebas (free space loss) , jika clearance factor = 0,6

) km ( ) MHz ( fs

(

dB

)

32

,

5

20

log

f

20

log

d

L

=

+

+

d

log

20

f

log

20

45

92

)

dB

(

L

fs

(

dB

)

=

92

,

45

+

20

log

f

(GHz)

+

20

log

d

(km)

L

=

+

+

) mi ( ) MHz ( fs

(

dB

)

36

,

5

20

log

f

20

log

d

L

=

+

+

c. Path loss akan berubah dari harga free space pathloss jika clearance factor ≠ 0,6 d. Clearance Factor = 0,6 sangat disukai dalam desain , karena Lp = Lfs untuk

jenis medium pemantul apapun jenis medium pemantul apapun

(15)

• Perubahan Harga Pathloss

B. Hubungan Line Of Sight

+ 10

Obstruction zone Interference zone

Fresnell zone numbers

1 2 3 4 5 6

B

)

Perubahan Harga Pathloss

10 0 Flat Earth R = -1 0 Knif e Edg e Diffr actio n

p

ace ( d

B

- 20 - 10 Line Of Sight R = 0 R = 0.3 Diff ract ion

Free S

p

- 30 R= 1.0 S moo th S pher e D

From

0 0.5 1.0 1.5 - 0.5 - 1 - 40 R R = Koefisien Refleksi

Clearance Factor

2.0 2.5

Sumber :

Clearance Factor

(16)

• Profil Bumi

B. Hubungan Line Of Sight

Silakan dilihat Modul 1, mengenai profile chart !

900 m K = 4/3 700 m 800 m 900 m xB yB h 400 m 500 m 600 m Jari-Jari Fresnell hr 200 m 400 m 300 m obstacle ht 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 100 m obstacle d1 d2

Digambar, verifikasikan daerah fresnel-nya, dan rekomendasikan ketinggian antena yang diperlukan !

(17)

• Peranan Antena

B. Hubungan Line Of Sight

Peranan Antena

Gelombang ruang terdiri 2 komponen, yaitu gelombang langsung dan gelombang pantul , yang komposisinya selain tergantung pada koefisien refleksi, juga

tergantung pada diagram arah antenag g p g

θ

θ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

• Pada antena dengan gain besar dan jarak Tx-Rx kecil

ϕ besar sehingga GEM langsung cukup besar dibandingkan GEM pantul ϕ besar, sehingga GEM langsung cukup besar dibandingkan GEM pantul (pengaruh gelombang pantul cukup kecil )

• Pada jarak yang jauh,

ϕ Æ 0 besar perbandingan gelombang langsung terhadap gelombang ϕ Æ 0 besar, perbandingan gelombang langsung terhadap gelombang pantul mendekati 1

(18)

B. Hubungan Line Of Sight

• Contoh :

GA = 40 dB ⇒ beamwidth : o 4 1 1 2,1 10 4π = φ = θ 10 hA = 100 m ; d = 60 km ⇒ sudut 1 4 0,2o 10 . 3 100 tan ⎟ ≈ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ≈ ϕ −

Sehingga perbandingan antara GEM langsung dan GEM pantul gg p g g g p mendekati 1 !!

• Untuk ϕ << , dan

e

.

1

R

d

h

h

2

sin

E

2

E

tot 1 t r

λ

π

=

Lihat penurunannya, analisis geometri pada Diktat P Heroe hal VII-25

Pola pancar dari antena juga menjadi dasar bagi perhitungan

Pola pancar dari antena juga menjadi dasar bagi perhitungan

interferensi. Diskusikan !!

(19)

• Rugi Lintasan Orde β

B. Hubungan Line Of Sight

g

β

• Secara umum, penerima tidak hanya menerima gelombang langsung dan

gelombang pantul, tetapi juga gelombang pantulan dari obyek-obyek yang lain.

• Pada jarak yang semakin dekat, tidak tepat lagi pemodelan satu lintasan gelombang

l hi d i h d d ki i d dik b k

langsung, sehingga rumus daya terima terhadap daya kirim dapat dikembangkan sbb : ( ) 2 n j2 d d

cos

e

)

(

R

cos

P

P

λ i− 0 π

φ

φ

λ

+

φ

λ

=

1 i i i i i 0 0 Tx Rx

R

(

)

e

cos

d

4

cos

d

4

P

P

=

φ

φ

π

+

φ

π

=

Dengan :

cos φ = PLF masing masing lintasan cos φ PLF masing masing lintasan n = jumlah lintasan pantul

RiI) = koefisien refleksi masing-masing pemantul

• Tetapi pengembangan model Friis tersebut diatas sulit diaplikasikan karena jumlahTetapi pengembangan model Friis tersebut diatas sulit diaplikasikan karena jumlah lintasan yang sangat banyak , sehingga mendorong pemodelan yang lebih

sederhana sbb :

β

= d

P

Tx

= d

d = jarak Tx ke Rx

P

β = orde rugi lintasan

(20)

Rugi Lintasan Orde

β

B. Hubungan Line Of Sight

g

β

• Untuk aplikasi Sistem Komunikasi Bergerak umumnya :

5

1

<

β

<

5

tergantung dari tipikal daerah yang ditinjau : urban, suburban atau rural

1

<

β

<

suburban, atau rural

• Untuk aplikasi Sistem Line Of Sight

, dengan asumsi bahwa gelombang

pantul sangat signifikan ( terdapat 1 gelombang langsung dan satu gelombang t l ) k pantul ), maka :

4

=

β

sehingga 4 Tx

d

P

P

=

Pelajari penurunannya di diktat P

Rx

P

Heroe hal VII-29j p y

• Harga β = 4 tersebut di atas sering juga digunakan sebagai model

i i

d

i

k

ik i b

k

i

di b

b

i

teoritis pada sistem komunikasi bergerak, sering disebut sebagai

(21)

C. Gelombang Ruang Bebas

Overview

Gelombang ruang bebas (space wave)

atau disebut juga sebagai gelombang

langsung (direct wave) dipakai pada

Overview

Band Name Frequency

L band S band

1 - 2 GHz 2 - 4 GHz

g

g (

)

p

p

komunikasi antara stasiun bumi dengan

satelit, atau komunikasi antar satelit itu

sendiri. Seperti juga komunikasi Line Of

Si ht

k

ik i

t lit

b

C band X band Ku band K band 4 – 8 GHz 8 – 12 GHz 12 – 18 GHz 18 – 27 GHz

Sight,

komunikasi

satelit

membawa

beragam informasi, suara ataupun data.

Jarak Komunikasi

Ka band 27 – 40 GHz

Jarak Komunikasi

(22)

Tipikal Kanal

C. Gelombang Ruang Bebas

Tipikal Kanal

• Fading sangat kecil karena hampir tidak ada pantulan, kecuali

karena hujan dan awan yang menyebabkan resonansi bagi

j

y

g

y

g

frekuensi tertentu ⇒ Fading margin tidak perlu

• Redaman akibat cuaca dan hujan biasanya dipertimbangkan

dalam perencanaan

⇒ Disebut Margin Hujan

dalam perencanaan ⇒ Disebut Margin Hujan

• Karena fading kecil, maka ketelitian 0,1 dB sering

diperhitungkan untuk redaman sekitar 100 dB, terutama pada 4

GHz dimana deraunya rendah

GHz dimana deraunya rendah

Perbaikan Sistem dan Device

• Peralatan PA, HPA, dan LNA sangat peka dan mahal

• Sistem deteksi rumit, TED (Threshold Extension Devices),

d

i

i

l

t k iti d l

h l l

l d

d

(23)

3 Tipe Karakteristik

Peralatan Komunikasi Ruang Angkasa

C. Gelombang Ruang Bebas

3 Tipe Karakteristik

Peralatan Komunikasi Ruang Angkasa

I. Di planet bumi

• Derau besar karena temperatur tinggi (man made noise) • Derau besar karena temperatur tinggi (man made noise)

• Daya besar pancar mudah dibuat, frekuensi uplink umumnya lebih besar dari frekuensi downlink

• Gain antena besar struktur besar pengarahan harus teliti sistem kontrol

II. Di satelit

• Gain antena besar, struktur besar, pengarahan harus teliti sistem kontrol

• Derau kecil

• Daya pembangkit mahal, daya terbatas untuk ukuran kecil • Gain antena besar, mahal, masalah stabilisasi, dan

pengarahan antena cukup sulit

III. Antar kendaraan ruang angkasa

• Reliability paling penting

• Sederhana segala frekuensi dapat dipakai termasuk cahaya • Sederhana , segala frekuensi dapat dipakai termasuk cahaya

(24)

D. Devices

Stasiun bumi

Antena di dalam radome untuk Antena di dalam radome untuk hubungan LOS

(25)
(26)
(27)

Referensi

Dokumen terkait

Hasil kajian menunjukkan bahwa terdapat beberapa kearifan lokal yang hidup dan berkembang di wilayah Kalimantan, antara lain: (1) pemanfaatkan gerakan pasang surut air

Pengaruh Pendapatan Asli Daerah dan Dana Alokasi Umum terhadap Belanja Modal serta Dampaknya terhadap Pertumbuhan Ekonomi Daerah (Studi pada Kebupaten dan Kota di

meningkatkan kemampuan entitas untuk menghasilkan laba kena pajak dalam jumlah yang memadai pada periode masa depan sehingga aset pajak tangguhan yang sebelumnya tidak depan

Beberapa hal menarik dari pantai Takisung adalah jarak dari pusat kota yang dekat, akses menuju ke objek wisata ini sudah lumayan bagus dan banyak orang yang berjualan

Pada Tabel 2 terlihat bahwa semakin pekat konsentrasi enzim litik yang dipergunakan dalam proses isolasi protoplas pada Torulospora pretoriensis dan Kluveromyces marxianus,

 Dengan adanya model Fuzzy Activity Based Costing dapat diketahui biaya implementasi e-learning per obyek biaya yaitu: (i) biaya mahasiswa yang mengambil matakuliah yang

Tjong Lan memberi saran,”Hui Lan, kamu harus menikah dengan Wellington Koo, jangan seperti saya yang bersuamikan orang yang tidak berarti.. Ingat, kamu akan menjadi

Hasil penelitian menunjukkan bahwa keaktifan dan hasil belajar sosiologi siswa setelah dilakukan penerapan model pembelajaran kooperatif tipe GI pada materi perilaku