[Lap2] Tegangan Sepanjang Saluran Transmisi

TEGANGAN SEPANJANG SALURAN TRANSMISI

Praktikum Teknik Transmisi

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK TELEKOMUNIKASI

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2015

Nama Praktikan : Mustika Fitriana Dewi (131331053)

Nama Partner : 1. Lina Permatasari

(131331051)

2. Lingga Ramadhan

(131331052)

Tanggal Praktikum : 31 Maret, 7 & 14 April 2015 Tanggal Pengumpulan : 21 April 2015

TEGANGAN SEPANJANG SALURAN TRANSMISI I. TUJUAN

1) Tujuan Pembelajaran Umum :

Mengukur tegangan yang didistribusikan di sepanjang saluran koaksial , ketika saluran koaksial dihubungsingkat ujungnya, dibuka ujungnya dan diterminasi impedansi beban.

2) Tujuan Pembelajaran Khusus

1. Mengukur tegangan yang didistribusikan di sepanjang saluran koasial dengan ujung saluran dihubungsingkat, dibuka dan diterminasi beban sebesar impedansi karakteristik saluran tersebut, untuk berbagai harga frekuensi.

2. Mengenal distribusi tegangan 4



dan distibusi tegangan 2



.

3. Memahami pengaruh frekuensi terhadap tegangan yang didistribusikan di sepanjang saluran koasial.

4. Memahami pengaruh impedansi beban saluran terhadap distribusi tegangan sepanjang saluran.

II. LANDASAN TEORI

Saluran transmisi adalah alat untuk menyalurkan energi gelombang elektromagnetik dalam bentuk sinyal listrik dari suatu titik yang disebut pengirim ke titik yang lain yang disebut penerima. Energi gelombang elektromagnetik akan merambat mengikuti struktur fisik dari saluran transmisi, oleh karena itu gelombang ini dinamakan gelombang terbimbing.

Dalam penggunaannya, saluran transmisi akan terhubung ke dua perangkat, yaitu sumber (generator) dengan penerima. Parameter-parameter yang ada di sumber yaitu : tegangan yang dibangkitkan generator (Vg) dan impedansi dalam generator (Zg).

Ketika penerima dihubungkan dengan saluran transmisi, penerima tersebut dipandang sebagai beban oleh saluran transmisi, sehingga impedansi sistem penerima disebut juga impedansi beban yang disimbolkan L

Z .

g

V

g

Z

L

Z





,

,

Z

_o

S

V

x

Semua jenis saluran transmisi memiliki impedansi karakteristik, konstanta redaman dan konstanta fasa, sehingga parameter-parameter yang ada di saluran transmisi adalah impedansi karakteristik (Zo), konstanta redaman () dan konstanta fasa (β). Umumnya impedansi karakteristik saluran bersifat resistif murni, sebagai contoh kabel koaksial tipe RG 58/U memiliki impedansi karakteristik 50 Ω.

Perhatikan gambar berikut ini :

g

V

= Tegangan generator

o

Z

= impedansi karakteristik saluran

S

V

= Tegangan di awal saluran (pada x = 0) L

Z

= impedansi beban saluran

g

Z

= impedansi dalam generator

Gambar 2.1 Potongan saluran transmisi yang diberi tegangan sumber Vg.

Jika tegangan di awal saluran atau di ujung dekat generator adalah Vs maka tegangan

pada jarak x dari awal saluran memenuhi persamaan :

) x t. cos( e . V ) x ( V  _S .x   (2.1)

dengan : = konstanta redaman (Neper/meter)  = konstanta phasa (rad/meter)

x = referensi jarak di dalam saluran transmisi ω = frekuensi sudut (rad/detik)

Persamaan (2.1) terdiri dari dua bagian, yaitu amplitude dan fasa. x s.e V  adalah amplitude, sedangkan ) x t cos(  adalah fasa. Dari persamaan di atas terlihat bahwa : 1. Untuk x membesar, x . e mengecil , sehingga x . S.e V 

mengecil, ini berarti bahwa dengan bertambahnya panjang (jarak) saluran, amplituda tegangan semakin mengecil (turun). Sepanjang saluran terjadi redaman yang diakibatkan oleh adanya  .

2. Untuk x berubah maka x juga berubah, yang artinya dengan perubahan jarak atau panjang saluran maka phasa gelombang juga berubah, hal ini disebabkan oleh adanya . 3. Ketika = 0, maka amplitude dari awal saluran sampai ujung beban akan sama, yaitu

sebesar Vs . Sedangkan fasa tetap berubah akibat perubahan jarak.

Karena setiap potongan saluran transmisi terdiri dari resistansi yang terhubung seri dengan induktansi dan kapasitansi yang terhubung parallel dengan konduktansi, seolah-olah tegangan didistribusikan di sepanjang saluran. Distribusi tegangan yang terjadi bergantung pada impedansi beban saluran.

Jika saluran tidak diterminasi beban yang sama dengan impedansi karakteristik saluran tersebut (

0

Z Z_L 

), maka sinyal yang ditransmisikan menuju ke beban akan dipantulkan kembali ke sumber beberapa bagian, akibatnya di saluran ada dua buah gelombang dimana interferensi antara pantulan dengan gelombang yang datang ke saluran akan menimbulkan gelombang berdiri (standing wave) pada saluran, ini ditandai dengan adanya tegangan-tegangan maksimum pada suatu titik di saluran dan di titik lain muncul tegangan-tegangan minimum.

Tegangan-tegangan maksimum dan minimum ini merupakan hasil percampuran dua gelombang tegangan yaitu gelombang tegangan yang merambat ke arah beban atau yang disebut gelombang tegangan datang dan gelombang tegangan yang merambat ke arah sumber atau yang disebut gelombang tegangan pantul. Kedua jenis tegangan tersebut pada saluran memenuhi distribusi tertentu untuk setiap jarak tertentu pula, biasanya jarak saluran

dinyatakan dalam . Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar gelombang berdiri (gambar 2.2), disini dimisalkan saluran tidak meredam, 0 atau redaman kecil sekali sehingga diabaikan.

Jarak tegangan maksimum ke tegangan minimum terdekat adalah 4



, jarak tegangan maksimum ke tegangan maksimum terdekat dan jarak tegangan minimum ke minimum terdekat adalah 2



. Jika dimisalkan pada awal saluran terukur tegangan minimum sedangkan pada ujung saluran terukur tegangan maksimum atau sebaliknya, maka pada

saluran tersebut didistribusikan tegangan dengan sebutan distribusi tegangan 4

 ,

sedangkan jika dimisalkan pada awal saluran terukur tegangan minimum sedangkan pada ujung saluran terukur tegangan minimum juga atau pada awal saluran terukur tegangan maksimum dan di ujung saluran terukur tegangan maksimum juga, maka pada saluran tersebut didistribusikan tegangan dengan sebutan distribusi tegangan 2

 . Vmaks Vmin x , panjang saluran  4 1  2 1  2 1

Gambar 2.2 Bentuk gelombang berdiri untuk saluran tak meredam

Jika saluran diterminasi beban yang sama dengan impedansi karakteristik saluran tersebut, maka tidak akan terjadi pantulan dan gelombang berdiri pada saluran. Yang terjadi

hanyalah redaman pada tegangan yang didistribusikan sepanjang saluran, jika saluran meredam. Tetapi jika saluran tak meredam atau redaman saluran sangat

kecil, maka tegangan dari awal sampai ujung saluran akan konstan amplitudonya. Kondisi ini juga harus diikuti oleh impedansi dalam dari generator yang digunakan sebagai sumber tegangan saluran, dimana impedansi dalam generator harus sama dengan impedansi karakteristik saluran. Jika di saluran transmisi tidak terdapat pantulan, maka terjadi transfer daya maksimum.

III. DIAGRAM RANGKAIAN

Pada praktikum ini digunakan 3 kondisi beban saluran, yaitu dihubungsingkat, dibuka dan diterimnasi impedansi beban 60 Ohm.

Gambar 2.4. Diagram rangkaian percobaan dengan ujung saluran dihubungsingkat.

Gambar 2.5. Diagram rangkaian percobaan dengan ujung saluran diterminasi beban 60 Ω.

IV. PERALATAN DAN KOMPONEN :

1. Generator Fungsi : 1 buah 2. Osiloskop dua kanal : 1 buah 3. Saluran koasial 50 meter : 2 buah 4. Resistor terminasi 60 Ohm : 1 buah 5. Kabel BNC to BNC, kabel sambungan dan soket : secukupnya.

6. Frequency counter : 1 buah

V. LANGKAH PERCOBAAN :

1. Susunlah diagram rangkaian percobaan gambar 2.3, ujung saluran koasial dibiarkan terbuka. Set tegangan generator

Vpp U₁ 2

untuk setiap harga frekuensi yang diberikan pada tabel 2.1. Ukur tegangan di titik-titik MP2 sampai dengan MP5.

2. Set generator

Vpp U₁ 2

dan hubungkan ke MP1. Atur frekuensi sampai terukur tegangan maksimum pada osiloskop di MP5, berapa frekuensi yang dihasilkan? Distribusi tegangan apa yang dihasilkan pada saluran 100 meter?

3. Pada frekuensi yang didapat dari langkah 2, ukur tegangan pada MP2 sampai Mp5.

B. Untuk kondisi ujung saluran dihubungsingkat ( short ended )

4. Ulangi langkah pengukuran 1 untuk kondisi ujung saluran dihubungsingkat (gambar 2.4). 5. Set generator

Vpp U₁ 2

. Atur frekuensi sehingga diperoleh tegangan dari MP2 sampai MP5 mengikuti fungsi cosinus (awal saluran (MP1) tegangan maksimum, akhir saluran (MP5) tegangan minimum). Pada frekuensi berapa terjadi kondisi ini ? Ukur tegangan dari titik MP1 sampai MP5.

6. Ulangi langkah 1 untuk kondisi saluran diterminasi beban 60 Ohm (Gambar 2.5).

7. Hitung redaman saluran koasial 100 meter dari nilai-nilai tegangan yang terukur pada frekuensi 10, 100, 200 KHz (diambil nilai rata-rata pada ketiga frekuensi tersebut). Lalu hitung juga redaman saluran untuk setiap meter panjang saluran (dalam dB/m).

VI. TUGAS PRAKTIKUM

1. Apa kesimpulan Saudara tentang pengaruh frekuensi terhadap distribusi tegangan sepanjang saluran untuk panjang saluran tetap 100 meter?

2. Mengapa pada frekuensi rendah seperti 10 KHz, 100 KHz, 200 KHz atau 300 KHz tegangan sepanjang saluran seolah-olah konstan atau perubahan dari tiap titik pengukuran pada saluran kecil ?

3. Dapatkah Anda menyimpulkan pengaruh impedansi beban saluran terhadap distribusi tegangan yang dihasilkan sepanjang saluran ?

4. Buat grafik tegangan fungsi jarak dari hasil pengukuran di atas untuk 3 kondisi beban untuk tiga buah frekuensi atas (frekuensi rendah, frekuensi sedang dan frekuensi tinggi)

VII. REFERENSI

1. Lehr dan Messgerate, “Measurement on Coaxial Transmission Lines”, Lucas Nulle, TAT. 5/4, TAT. 5/5 dan TAT. 5/6.

2. Samuel Y. Liao, (1991), “Microwave Circuits Analysis and Amplifier Design,” Prentice – Hall.